Compendio de Experimentos Clásicos de la Física Moderna

Presentación del tema: "Compendio de Experimentos Clásicos de la Física Moderna"— Transcripción de la presentación:

1 Compendio de Experimentos Clásicos de la Física Moderna
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2 Compendio de Experimentos clásicos de la Física Moderna
Frank-Hertz (cuantización de la energía) Tiene por objeto probar la cuantización de los niveles de energía de los electrones en los átomos. El experimento confirmó el modelo cuántico del átomo de Bohr demostrando que los átomos solamente podían absorber cantidades específicas de energía (cuantos). Por ello, este experimento es uno de los experimentos fundamentales de la física cuántica. Con el fin de poner en evidencia la cuantización de los niveles de energía, utilizamos un triodo, compuesto de un cátodo, de una rejilla polarizada y de un ánodo, que crea un haz de electrones en un tubo de vacío que contiene mercurio gaseoso. Medimos entonces la variación de la corriente recibida por el ánodo con arreglo a la energía cinética de los electrones, y podemos deducir las pérdidas de energía de los electrones en el momento de las colisiones.

3 Los resultados de la experiencia
Corriente frente a voltaje. Como resultado de esta experiencia, nos es posible representar la evolución de la diferencia de potencial que resulta de un convertidor de corriente - tensión (dispuesto a la salida del ánodo) con respecto a la diferencia de potencial de extracción de los electrones (desde el cátodo). Para diferencias de potencial bajas - hasta 4,9 V - la corriente a través del tubo aumenta constantemente con el aumento de la diferencia potencial. Con el voltaje más alto aumenta el campo eléctrico en el tubo y los electrones fueron empujados con más fuerza hacia la rejilla de aceleración. A los 4,9 voltios la corriente cae repentinamente, casi de nuevo a cero. La corriente aumenta constantemente de nuevo si el voltaje se sigue aumentando, hasta que se alcanzan 9.8 voltios (exactamente voltios). En 9.8 voltios se observa una caída repentina similar. Esta serie de caídas en la corriente para incrementos de aproximadamente 4.9 voltios continuará visiblemente hasta potenciales de por lo menos 100 voltios.

4 Efecto Fotoeléctrico (dualidad de la luz)
Desde el principio se publicó el debate acerca de si la luz estaba compuesta de partículas u ondas. Luego, se encontró que la misma naturaleza dual era también una característica del electrón. En el cambio de siglo, estando bien establecida la evidencia de la descripción de la luz como onda, el efecto fotoeléctrico introdujo igualmente una firme evidencia de su naturaleza de partícula. Por otro lado cuando la hipótesis de DeBroglie y los subsiguientes experimentos de Davisson y Germer establecieron la naturaleza ondulatoria del electrón, las propiedades de partículas de los electrones estaban bien documentadas. Los notables aspectos del efecto fotoeléctrico cuando se observó primeramente fueron: 1. Los electrones se emitían inmediatamente ¡sin retraso de tiempo! 2. El aumento de la intensidad de la luz aumentaba el número de fotoelectrones, pero ¡no su energía cinética máxima! 3. La luz roja no causa eyección de electrones, ¡no importa cual sea la intensidad! 4. Una débil luz violeta expulsa sólo unos pocos electrones, pero sus energías cinéticas máximas, ¡son mayores que las de la luz intensa de mayor longitud de onda

5 Efecto Compton (universalidad de la dualidad de la luz)
El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende únicamente del ángulo de dispersión. La variación de longitud de onda de los fotones dispersados, puede calcularse a través de la relación de Compton: donde: h es la constante de Planck, me es la masa del electrón, c es la velocidad de la luz. θ el ángulo entre los fotones incidentes y dispersados. Esta expresión proviene del análisis de la interacción como si fuera una colisión elástica y su deducción requiere únicamente la utilización de los principios de conservación de energía y momento. La cantidad h/m_e c = Å, se denomina longitud de onda de Compton. Para los fotones dispersados a 90°, la longitud de onda de los rayos X dispersados es justamente Å mayor que la línea de emisión primaria.

6 Davisson and Germer (Propiedades ondulatorias de la materia)
El experimento Davisson-Germer fue un experimento de física realizado por físicos estadounidenses Clinton Davisson y Lester Germer en los años , que confirmó la hipótesis de De Broglie . Esta hipótesis avanzada por Louis de Broglie en 1924 dice que las partículas de la materia , tales como electrones han onda como propiedades. El experimento no sólo desempeñó un papel importante en la verificación de la hipótesis de De Broglie y demostró la dualidad onda-partícula, sino que también fue un importante desarrollo histórico en el establecimiento de la mecánica cuántica y de la ecuación de Schrödinger . De acuerdo con De Broglie, de toda la materia y de la radiación por igual, la energía E de la partícula estaba relacionada con la frecuencia de su onda asociada por la relación de Planck :

7 Y que el impulso de la partícula p estaba relacionada con su longitud de onda por lo que ahora se conoce como la relación de De Broglie : donde h es la constante de Planck El experimento consistió en disparar un haz de electrones de un cañón de electrones dirigido a un trozo de cristal de níquel en incidencia normal (es decir, perpendicular a la superficie del cristal). El experimento incluyó una pistola de electrones que consiste en un filamento calentado que libera electrones excitados térmicamente, que luego se acelera a través de una diferencia de potencial que les da una cierta cantidad de energía cinética, hacia el cristal de níquel

8 Michelson-Morley (Inexistencia del Eter y v=c)
El experimento de Michelson y Morley fue uno de los más importantes y famosos de la historia de la física. Realizado en 1887 por Albert Abraham Michelson (Premio Nobel de Física, ) y Edward Morley, está considerado como la primera prueba contra la teoría del éter. El resultado del experimento constituiría posteriormente la base experimental de la teoría de la relatividad especial de Einstein. El propósito de Michelson y Morley era medir la velocidad relativa a la que se mueve la Tierra con respecto al éter. El efecto del viento del éter sobre las ondas de luz, sería como el de la corriente de un río sobre un nadador que se mueve a favor o en contra de ella. En algunos momentos el nadador sería frenado, y en otros impulsado. Esto es lo que se creía que pasaría con la luz al llegar a la Tierra con diferentes posiciones con respecto al éter: