FÍSICA 2º BACHILLERATO: ÓPTICA GEOMÉTRICA (Primera parte)

ESPEJOS PLANOS

La figura inferior muestra un haz de rayos luminosos que proceden de una fuente puntual P y se refleja en un espejo plano. Después de la reflexión, los rayos divergen exactamente como si procediesen de un punto P’ detrás del plano del espejo. El punto P’ se denomina la imagen del objeto P. Cuando estos rayos entran en el ojo no pueden distinguirse de los rayos que procedieran de una fuente situada en P’ sin que hubiese espejo. La imagen se denomina imagen virtual debido a que la luz no procede realmente de la imagen. La imagen P’ está en la línea que pasa por el objeto P y es perpendicular al plano del espejo, a una distancia detrás de dicho plano igual a la distancia a que el objeto está del mismo, como muestra la figura. La imagen puede verse siempre que el ojo esté en cualquier lugar de la región indicada, de modo que una línea trazada desde la imagen al ojo pasa cortando el espejo. En la figura se observa que el objeto no necesita estar directamente delante del espejo. 

En la siguiente figura se muestra una flecha de altura y que se mantiene paralela a un espejo plano y a una distancia s del mismo.
Veamos el proceso de formar imágenes con un espejo plano usando las técnicas de trazo de rayos. Resulta que unos cuantos rayos son suficientes para construir la imagen y tenemos la libertad de elegir los más convenientes.

Para esta construcción de imagen, elegimos el caso en el que un objeto con altura y se coloca a una distancia s del espejo. Siguiendo la convención común, el objeto se representa por una flecha, que indica la altura y orientación del objeto. Éste está orientado de tal modo que la base de la flecha está sobre el eje óptico, que se define como una normal al plano del espejo. (Para un espejo plano, el eje óptico se puede mostrar pasando por cualquier punto del espejo).
Tres rayos de luz determinan dónde se forma la imagen.

1. El primer rayo de luz sale de la base de la flecha a lo largo del eje óptico. Este rayo se refleja directamente sobre sí mismo. La prolongación de este rayo reflejado a lo largo del eje óptico a la derecha del espejo indica que la base de la imagen se localiza sobre el eje óptico.

2. El segundo rayo de luz comienza en la parte superior de la flecha paralelo al eje óptico y se refleja directamente sobre sí mismo. La prolongación de este rayo por detrás del espejo se muestra en la figura como una línea discontinua.

3. El tercer rayo comienza en la parte superior de la flecha, choca con el espejo donde lo interseca el eje óptico y se refleja con un ángulo θ igual a su ángulo de incidencia. La prolongación del rayo reflejado se muestra como una línea discontinua en la figura.

Las prolongaciones de estos dos últimos rayos se cruzan en el punto donde se forma la parte superior de la imagen. Resulta que todos los rayos desde la punta de la flecha que chocan con el espejo, no sólo los dos rayos mostrados aquí, se prolongan de tal modo que se intersecan en la imagen. Así, el espejo produce una imagen virtual en el lado opuesto del espejo. Esta imagen tiene una altura y’ y está localizada a una distancia s’ a la derecha del espejo.

y = y’

s = s’

Por convención, el signo de la distancia de la imagen para una imagen virtual producida por un espejo es negativo.

Vamos a hacer una actividad de espejo plano:

ACTIVIDADES ESPEJO PLANO

Es una tontería de actividad, pero, como el jueves y viernes no hay clase, la vemos el martes.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Séptima y última parte)

Lo último que nos queda del tema de física nuclear es conocer aplicaciones de los procesos nucleares en la ciencia y tecnología. Ya se han ido comentando algunas a lo largo del tema, como su uso militar, la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares o la datación de materiales (que nos ha salido en algún problema). El estándar de aprendizaje evaluable que hace referencia a esto se centra en la datación en arqueología y la utilización de isótopos en medicina.
Como todo es teoría y sólo habría que leérselo pues eso. Lo tenéis en las páginas 320 a 323.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Sexta parte)

FISIÓN NUCLEAR

En este proceso un núclido, generalmente de masa elevada, se rompe en dos fracciones más pequeñas. 

Para que se produzca, en general, es necesario que el núclido absorba un neutrón lento lo que desemboca en su ruptura en dos fragmentos de masa similar y la emisión de otros neutrones. Estos neutrones pueden generar otras fisiones, provocando una reacción en cadena.

El defecto de masa en los productos de la reacción nuclear de fisión se libera en forma de energía. Esa energía puede liberarse de forma descontrolada en una bomba atómica o puede liberarse de forma controlada en un reactor nuclear, para la obtención de energía eléctrica. El problema del uso de la energía nuclear como fuente de energía es la generación de residuos radiactivos que deben mantenerse bajo control durante mucho tiempo, ya que algunos tienen vidas medias muy largas, o la liberación de los mismos al ambiente en el caso de accidentes como en Chernóbil o Fukushima. Entre sus ventajas, que es una fuente de energía continua y fácilmente regulable y que no emite CO2.

Los ejercicios que podemos encontrar relacionados con la fisión nuclear son del estilo de ajustar reacciones como la siguiente:

²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴⁴₅₆Ba + ⁹⁰₃₆Kr + a^c_bX

Encontrando los números c, b y el coeficiente a de la especie X. Se resuelven aplicando las leyes de conservación que ya conocemos, la de la carga y la del número total de nucleones.

También nos pueden pedir la energía liberada en el proceso, para ello debemos conocer la masa de todas las partículas implicadas para poder calcular el defecto de masa y luego obtener la energía a través de la expresión ∆E = ∆m · c²

FUSIÓN NUCLEAR

En este proceso dos núclidos de masa baja se unen dando un núclido de masa más alta. Se libera una gran cantidad de energía por el defecto de masa de los productos.

Para que ocurra son necesarias energías muy altas para que los núcleos superen la repulsión electrostática, por ello sólo tiene lugar en situaciones muy concretas:

- En la nucleosíntesis de los primeros instantes del universo.

- En el interior de las estrellas y en las supernovas.

- En bombas termonucleares o bombas de hidrógeno.

Aunque se investiga activamente, e incluso se está construyendo el que será el primer reactor de fusión en Francia, el proyecto ITER, el uso comercial de esta fuente de energía aún queda muy lejos en el tiempo.

Los ejercicios que podemos encontrar en relación con la fusión son parecidos a los de la fisión, ajuste de alguna ecuación o cálculo de la energía liberada en el proceso a partir del defecto de masa.
En vuestro libro todo esto está en las páginas 315 a 318.

Practicamos todo esto con las siguientes actividades:

ACTIVIDADES FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR

Los vemos el martes 19.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Quinta parte)

RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
Se denomina radiactividad artificial o inducida a la que resulta de núclidos radiactivos que se obtienen en el laboratorio al bombardear núclidos estables con partículas α, β, neutrones, etc.
Un ejemplo de estas reacciones, en un experimento realizado por Rutherford en 1919, es el siguiente:

²⁷₁₃Al + ⁴₂α→³⁰₁₅P + ¹₀n

En este tipo de reacciones nucleares, se está transformando un elemento en otro, es lo que se llama una transmutación nuclear. Este era el sueño de los alquimistas, convertir un elemento como el plomo en otro como el oro. Pero hacen falta aceleradores de partículas para colisionar las partículas. Con estos dispositivos se consiguió sintetizar los elementos con números atómicos mayores de 92, que son los que aparecen al final de la tabla periódica, más allá del uranio.

Las reacciones nucleares están sujetas a varias leyes de conservación:

- Conservación de carga.

- Conservación de cantidad de movimiento.

- Conservación del conjunto masa-energía.

- Conservación de la cantidad total de nucleones (protones + neutrones)

Cuando dos núcleos interactúan, la conservación de la carga establece que la suma de los números atómicos iniciales debe ser igual a la suma de los números atómicos finales. En virtud de la conservación del número nucleónico, la suma de los números másicos iniciales también debe ser igual a la suma de los números másicos finales. En general la masa total inicial no es igual a la masa total final. La energía liberada o la necesaria para que se produzca el proceso se puede calcular a través de la expresión ∆E = ∆m · c², usando la variación de masa producida.

Aplicando la conservación de la carga y del número de nucleones se pueden deducir procesos como el siguiente:

¿Qué núcleo tendría que colisionar con el bismuto-209 para formar el borio-262, según la siguiente reacción nuclear?

²⁰⁹₈₃Bi + ^A_Z X → ²⁶²₁₀₇Bh + ¹₀n

Para que se conserve la carga positiva el número de protones tiene que ser el mismo antes que después de la reacción:

83 + Z = 107, luego Z = 107 – 83 = 24

El número de nucleones también tiene que conservarse:

209 + A = 262 + 1, luego A = 263 – 209 = 54

El núcleo sería ⁵⁴₂₄ X que corresponde al cromo-54.

Vamos a seguir practicando esto con la siguiente actividad:

ACTIVIDAD RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

Los vemos el jueves.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Cuarta parte)

CINÉTICA DE LA DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

Hemos visto cómo isótopos inestables se desintegran en otros más estables, de manera que una muestra de isótopo radiactivo, con el tiempo, va transformándose en otros y su radiactividad va decayendo. Esto es la base de las dataciones por radioisótopos, que permiten averiguar la edad de un material o una roca a través de las proporciones existentes entre dos isótopos relacionados por la desintegración. También se puede utilizar este conocimiento para estimar cuándo puede volver a ser segura una zona contaminada por un determinado isótopo.

Llamamos actividad radiactiva, A, al número de núclidos que se desintegran por unidad de tiempo. Su valor depende del tipo de núclido y del número de núclidos presentes (N):

A= - dN/dt= λ·N

El signo es porque se produce una disminución con el tiempo del número de núclidos.

λ es la constante de desintegración: representa la probabilidad de desintegración por unidad de tiempo, su unidad en el SI son s^-1. Cuanto mayor es su valor más rápido se desintegra una muestra de núclidos.

La unidad de A (actividad radiactiva) es el becquerel (Bq), 1Bq = 1 desintegración/s.

De la expresión anterior, integrando entre un instante 0 y otro final, t, se obtiene:

N = N₀ · e ^{– λ · t}

Donde N₀ es el número inicial de núclidos y N los que quedan tras transcurrir un tiempo t.
A esta expresión se la conoce como ley de la desintegración radiactiva. También puede utilizarse usando masa en lugar de número de núclidos ya que sólo habría que multiplicar por la masa de un átomo en ambos miembros de la ecuación.

Se denomina periodo de semidesintegración (T_1/2) al tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos que había en la muestra.

Haciendo N = N₀/2 en la expresión anterior y tomando logaritmos en ambos miembros se obtiene:

T_1/2 = ln 2/ λ

Se denomina vida media, τ, de un núclido al tiempo que tarda un núclido por término medio en desintegrarse. Se calcula como:
τ = (tiempo total de vida de la muestra)/(número total de núcleos de la muestra, N₀)
es un concepto estadístico que se relaciona con el periodo de semidesintegración:

τ=  1/λ=T_1/2/ln2

Todo esto, en el libro, está en las páginas 312 y 313.
Para practicar todo esto vamos a hacer las actividades que vienen en el enlace de abajo. Pienso que esto es más difícil que lo que hemos ido viendo hasta ahora así que es conveniente que miréis los ejemplos resueltos que vienen en el libro. También es conveniente ir preguntándome dudas.

ACTIVIDADES CINÉTICA DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

El viernes es fiesta, no hay clase, intentad enviarlas para el jueves.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Tercera parte)

LA RADIACTIVIDAD

La semana pasada vimos que hay núclidos más estables que otros. Cuando un núclido es lo suficientemente inestable puede evolucionar para convertirse en otro más estable. Para ello emiten radiación gamma o determinadas partículas (protones, neutrones, electrones); es lo que se conoce como emisiones radiactivas.

La radiactividad natural es el proceso por el cual los núcleos atómicos de ciertos elementos emiten radiación de manera espontánea y se transforman en núcleos de elementos diferentes, o bien en núcleos del mismo elemento pero con menor energía.

La radiación emitida puede ser de tres tipos:

Radiación α: Son núcleos de helio, dos protones y dos neutrones. Es una radiación ionizante con poco poder de penetración debido a su tamaño y carga.

Radiación β: Son electrones. Su poder de penetración es mayor que el de las partículas α.

Radiación γ: Es radiación electromagnética muy energética y de gran poder de penetración.

En cualquier emisión radiactiva se cumplen las siguientes leyes, conocidas como leyes del desplazamiento radiactivo o de Soddy-Fajans:

Primera ley: Cuando un núclido emite una partícula α se transforma en otro núclido cuyo número atómico disminuye en dos unidades y su número másico en cuatro.

Segunda ley: Cuando un núclido emite una partícula β (un electrón) se transforma en otro núclido cuyo número atómico aumenta en una unidad y su número másico no varía.

Tercera ley: Cuando un núclido emite radiación γ sigue siendo el mismo núclido pero en un estado energético menor.

La emisión β se explica por la conversión de un neutrón en un protón, emitiéndose un electrón y otra partícula, llamada neutrino (en realidad un antineutrino electrónico).

De forma artificial, algunos núclidos pueden desintegrarse liberando una partícula idéntica al electrón, pero de carga positiva, llamada positrón. Esta resulta del proceso en el que un protón se desintegra dando, además de ella, un neutrón y un neutrino. A este proceso se le llama desintegración β+.

Otro tipo de desintegración es la captura eletrónica, en la que un núcleo captura un electrón del nivel más interno, transformándose en un neutrón y emitiendo un neutrino.

Para practicar con las desintegraciones radiactivas vamos a hacer los siguientes ejercicios:

ACTIVIDADES RADIACTIVIDAD

Los podéis entregar el jueves o el viernes.

En vuestro libro todo esto está en las páginas 308 a 311.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (Segunda parte)

LA ESTABILIDAD DEL NÚCLEO

Más de una vez, a lo largo del curso, hemos hablado de la tendencia de algún sistema a una mayor estabilidad relacionando esto con una menor energía del mismo. Pues bien, los núcleos de los átomos existen porque esos agregados de protones y neutrones (nucleones) son más estables que si ese mismo conjunto de partículas estuvieran por ahí sueltas, es decir el núcleo tiene menos energía que los nucleones sueltos.

¿Cómo se puede comprobar? Si sumamos la masa de los protones y neutrones que forman un núcleo veremos que es ligeramente inferior a la masa del núcleo ya constituido. A través de la relación de Einstein: ∆E = ∆m · c², podemos calcular la energía correspondiente a esa diferencia de masa. A esta energía se le denomina energía de enlace del núclido.

Pero la energía de enlace va a depender de lo gordos que sean los núclidos (del número de nucleones que contengan) por lo que la energía de enlace no nos da una buena apreciación de lo estable que es ese núcleo en concreto. Un parámetro mejor es la energía de enlace por nucleón que se obtiene al dividir la energía de enlace entre el número de nucleones (número másico A).
Si se representa la energía de enlace por nucleón frente al número de nucleones se obtiene esta gráfica:

En ella vemos que el núcleo más estable es el hierro-56, tiene el mayor valor de energía de enlace por nucleón.
Todo esto tiene interesantes implicaciones para lo que veremos más adelante: la desintegración nuclear, la fisión nuclear y la fusión nuclear, pero ya los veremos.
Lo que sí podemos hace ahora es practicar todo esto con algo de cálculo sobre defecto de masa, energía de enlace y estabilidad de los núcleos.
Vamos a hacer las siguientes actividades:
Actividades 5 y 6 página 307 del libro.
Actividades 23 y 24 página 327 del libro.
Prefiero que las hagáis mal y haya que corregirlas después a que las copies directamente del solucionario, por muy bonitas que queden, además son muy fáciles. Se reducen a calcular el defecto de masa (restando a la masa de los nucleones por separado la masa del núcleo) y usar la expresión de Einstein (E=m · c²) para calcular la energía de enlace, luego dividiendo entre el número de nucleones sacamos la energía de enlace por nucleón.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: FÍSICA NUCLEAR (PRIMERA PARTE)

EL NÚCLEO ATÓMICO

El núcleo de los átomos está formado por protones y neutrones, ambos formados a su vez por partículas más pequeñas llamadas quarks. Los protones tienen carga eléctrica positiva y los neutrones carecen de ella. Para simbolizar un núcleo se usa el símbolo del elemento correspondiente con un subíndice a la izquierda que denota el número atómico (Z) de ese elemento (es decir, su número de protones) y un superíndice también a la izquierda, llamado número másico (A) que indica el número de partículas del núcleo (protones + neutrones).

Para un elemento X:

Para obtener el número de neutrones:

A – Z = número de neutrones

Cada tipo de núcleo diferente constituye un núclido. Existen núclidos que tienen el mismo número de protones (Z) y diferente número másico (A) por tener distinto número de neutrones. Estos átomos pertenecen al mismo elemento, y se denominan isótopos. La mayoría de los elementos de la tabla periódica se presentan en la naturaleza como dos o más isótopos, cada uno con abundancias diferentes, por ejemplo ¹²C, ¹³C y ¹⁴C, todos ellos son isótopos del carbono. El carbono es el sexto elemento de la tabla periódica, tiene, por tanto, número atómico 6. La diferencia entre los tres isótopos mencionados es que el carbono-12 tiene 6 neutrones, el carbono-13 tiene 7 neutrones y el carbono-14 tiene 8. 

Bien, supongo que todo esto os parecerá muy sencillo pero no está de más que lo practiquemos un poco con algunas actividades. Os dejo enlace al documento de word con los ejercicios, si alguien quiere puede hacerlo sobre el propio documento de texto y enviármelo en lugar de hacerlo a mano.

ACTIVIDADES NÚCLEO ATÓMICO

Como es algo rápido, enviádmelas el miércoles, las reviso y ya vemos algo más contundente (defecto de masa, energía de enlace por nucleón) para el jueves. 

FÍSICA 2º BACHILLERATO: SEMANA DEL 30 DE MARZO AL 3 DE ABRIL (1)

Tal como os dije en la entrada del 20 de marzo teníamos pendiente hacer algo del tema 6, ondas electromagnéticas, ya que el tema quedó terminado pero no hicimos examen. He preparado un ejercicio del mismo tipo que los exámenes que fuimos haciendo últimamente, con tres cuestiones teóricas y tres problemas:

EXAMEN TEMA 6 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Podéis ir haciéndolo tranquilamente y lo vemos el jueves. Voy a preparar otro para el tema 7, física cuántica, que nos sirva de repaso y evaluación de todo lo visto, en principio lo subo el jueves.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: SEMANA DEL 23 AL 27 DE MARZO (3)

EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG

Este principio, junto con la dualidad onda-corpúsculo, son los dos pilares de la física cuántica.

El estándar de aprendizaje evaluable que hace referencia a este contenido dice lo siguiente: 

"Formula de manera sencilla el principio de incertidumbre de Heisenberg y lo aplica a casos concretos como los orbitales". 

Creo que no hay forma sencilla de formularlo. Os propongo leer las páginas 290-291 e incluso la 292 de vuestro libro y a ver qué conclusión sacáis.

La idea es que en la física clásica, si conocemos el estado de movimiento de una partícula, podemos saber exactamente por dónde pasará y dónde estará en un instante posterior. Todo esto desaparece en la física cuántica, no podemos saber con total precisión dónde se encuentra una partícula (o, si lo sabemos, no podemos saber nada acerca de su movimiento). Siempre habrá una indeterminación en la medida y por tanto sólo podremos conocer probabilidades de dónde está la partícula.

Así, por ejemplo, las órbitas circulares de Bohr dejan de tener sentido (podríamos saber dónde está el electrón) y pasamos a hablar de orbitales, regiones del espacio en las que hay una probabilidad elevada de encontrar al electrón. En el átomo de hidrógeno la máxima probabilidad de encontrar al electrón coincide con los radios de las órbitas calculadas por Bohr.

Bueno, pues para terminar el tema sólo nos quedaría lo siguiente: 

Aplicaciones de la física cuántica: La célula fotoeléctrica, la nanotecnología, el láser, el microscopio electrónico.

Todo esto está en las páginas 293 a 296 de vuestro libro, pero los estándares de aprendizaje correspondientes sólo hacen referencia al láser:

11.1. Describe las principales características de la radiación láser comparándola con la radiación térmica.

11.2. Asocia el láser con la naturaleza cuántica de la materia y de la luz, justificando su funcionamiento de manera sencilla y reconociendo su papel en la sociedad actual.

Así que centraos en el láser.

Mi idea es que la próxima semana estemos repasando el tema, haciendo actividades del mismo, y así dejar el tema siguiente (Física nuclear) para después de semana santa.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: SEMANA DEL 23 AL 27 DE MARZO (2)

LA DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO

Hemos visto cómo la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos no podían explicarse con la física clásica.

La teoría fotónica de Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico, se confirmó aun más con el descubrimiento de un nuevo fenómeno conocido como efecto Compton. Este efecto podía explicarse considerando que el fotón se comportaba en él como una partícula material, es decir, la luz tenía un doble comportamiento como onda y como partícula.

Se empezaba a intuir que debía existir una explicación más fundamental de la naturaleza que condujese a todas las nuevas teoría que estaban apareciendo. En 1924 Louis de Broglie estableció lo que sería uno de los pilares de esta nueva física (la mecánica cuántica) al proponer la doble naturaleza corpuscular y ondulatoria para todas las partículas. Si la luz es una onda que en determinadas circunstancias se manifiesta como partículas (los fotones) las partículas también podrían manifestarse como ondas.

Relacionando la energía del fotón (a partir de la relación de Planck) con la energía relativista correspondiente a su masa obtenida de la expresión de Einstein:

Igualando ambas expresiones:

El principio de De Broglie generaliza el resultado para cualquier partícula: toda partícula material que se mueva lleva asociada una onda cuya longitud de onda viene dada por la expresión:

λ = h/p

En esta expresión p es la cantidad de movimiento, la masa de la partícula por su velocidad.

En 1927 Davisson y Germer consiguieron experimentalmente difractar un haz de electrones, es decir consiguieron un fenómeno ondulatorio con partículas. La longitud de onda asociada estaba en perfecta concordancia con la que predecía la ecuación de De Broglie. Experiencias posteriores demostraron que no solo los electrones sino también protones, neutrones, núcleos pesados y, en general, todas las partículas materiales presentan este comportamiento ondulatorio.

El valor extremadamente pequeño de la constante de Planck (h), del orden de diez elevado a menos 34, impide que pueda apreciarse la onda para objetos macroscópicos, y su carácter ondulatorio puede despreciarse pues la longitud de onda, incluso a velocidades altas, es pequeñísima.

El estándar de aprendizaje que hace referencia a estos contenidos es:

"Determina las longitudes de onda asociadas a partículas en movimiento a diferentes escalas, extrayendo conclusiones acerca de los efectos cuánticos a escalas macroscópicas".

Para practicar todo esto podemos hacer los siguientes ejercicios para ir entrenándonos:

ACTIVIDADES DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO

He mirado los de selectividad y son más difíciles, así que hacemos estos primero y luego os pongo algo sacado de selectividad. 

FÍSICA 2º BACHILLERATO: ACTIVIDADES SEMANA DEL 23 AL 27 DE MARZO (1)

ESPECTROS ATÓMICOS Y MODELO DE BOHR

Otro de los asuntos que la física clásica no era capaz de explicar (además de la emisión de radiación del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico) eran los espectros atómicos. Puede que os suenen porque hablamos de ellos en 1º. El modelo atómico desarrollado por Bohr era capaz de explicar el espectro atómico del hidrógeno, su modelo incluía las ideas de cuantización de la energía de Planck.

Leed qué son los espectros atómicos (páginas 280-281), una vez entendido esto leed el modelo atómico de Bohr (páginas 282-285) para ver cómo conseguía explicar el espectro del hidrógeno. No hay que saberse los desarrollos matemáticos que aparecen, aunque no pasa nada si les echáis un vistazo. Lo que hay que saber son los postulados del modelo y cómo consigue explicar las líneas de emisión a través del paso de los electrones de unos niveles energéticos a otros absorbiendo o emitiendo energía igual a la diferencia de energía entre esos niveles.

He rescatado diapositivas de temas de química para hacer una presentación que puede ayudaros, el enlace es el título de debajo:

FÍSICA CUÁNTICA

Para verla tenéis que descargarla y abrirla con OpenOffice o Libreoffice o algo así.

Estoy un poco desbordado de trabajo así que aun no tengo listo el modelo de examen que os dije, del tema anterior.

Hoy sólo hay que aprenderse la teoría mencionada arriba, y consultad cualquier duda, de esto o de lo anterior.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: ACTIVIDADES SEMANA DEL 16 AL 20 DE MARZO (4)

EFECTO FOTOELÉCTRICO (II)

En los estándares de aprendizaje evaluables no se menciona explícitamente el concepto de potencial de frenado por eso en la entrada anterior no os comenté nada sobre él, pero al revisar algunos de los últimos exámenes de selectividad he visto que aparece en algunos problemas así que lo vemos brevemente:

El potencial de frenado (V frenado) sería la diferencia de potencial necesaria para frenar los electrones emitidos en el experimento (ver figura 9.7 del libro) y así no haya corriente eléctrica, aunque se use luz de la frecuencia adecuada. Está relacionado con la energía cinética máxima de los electrones:

Ec e = e · V frenado

donde:

Ece = energía cinética máxima alcanzada por los electrones arrancados

e = carga del electrón

Vfrenado = potencial de frenado

Con esto ya podemos abordar los ejercicios que nos salgan con este concepto. Os dejo unas cuantas actividades más de efecto fotoeléctrico en el siguiente enlace:

ACTIVIDADES EFECTO FOTOELÉCTRICO 2

 para entregar el martes, porque entonces tendremos que ver los espectros atómicos y el modelo atómico de Bohr. Hay una práctica muy chula, relacionada con los espectros atómicos, que haremos en cuanto volvamos al insti.

Otra cosa, como nos quedó pendiente evaluar el tema 6 de ondas electromagnéticas, he pensado preparar un ejercicio tal y como hubiera sido el examen y pasároslo para que lo vayáis haciendo, porque se os va a olvidar todo, pero el enclaustramiento acabará algún día y habrá que volver a evaluar normalmente.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: ACTIVIDADES SEMANA DEL 16 AL 20 DE MARZO (3)

EL EFECTO FOTOELÉCTRICO

Este era otro de los fenómenos que la física clásica no era capaz de explicar. Fue Albert Einstein el que consiguió explicarlo, usando la idea de Planck, de la cuantización de la energía, aplicándola a la radiación electromagnética. Por este trabajo Einstein recibió el premio Nobel, aunque mucha gente piense que fue por su teoría de la relatividad.

El efecto fotoeléctrico consiste en que al iluminar una placa metálica con luz puede conseguirse que se arranquen electrones del metal.

El estándar de aprendizaje evaluable que hace referencia al efecto fotoeléctrico dice lo siguiente:

“Compara la predicción clásica del efecto fotoeléctrico con la explicación cuántica postulada por Einstein y realiza cálculos relacionados con el trabajo de extracción y la energía cinética de los fotoelectrones”.

La predicción clásica la tenéis en el recuadro del margen izquierdo de la página 276 de vuestro libro. Resumiendo es que con luz de una intensidad suficiente se deberían poder arrancar electrones, pero la realidad era que si la luz no tenía una frecuencia determinada (llamada frecuencia umbral, f0) no había manera de hacerlo, por muy intensa que fuera la luz. A partir de esa frecuencia la emisión de electrones sí era proporcional a la intensidad de la radiación.

Einstein supuso que la luz estaba formada por pequeños paquetes de energía llamados fotones o cuantos. La energía de uno de ellos sería E = h · f. Si esta energía es suficiente, el electrón puede escapar de la superficie del metal. Se llama trabajo de extracción, Wextracción (o función trabajo) a la energía mínima que deben tener los fotones de la radiación para provocar efecto fotoeléctrico. Cuanto mayor sea la intensidad de esta radiación mayor será la cantidad de electrones emitidos.

Cuando la energía del fotón supera el valor del trabajo de extracción, el exceso de energía se transforma en energía cinética del electrón:

Con esta fórmula podemos hacer los cálculos a los que se refiere el estándar de aprendizaje mencionado arriba. Podemos calcular la velocidad con la que van a salir los electrones, o la frecuencia necesaria para extraerlos con una determinada velocidad, o el trabajo de extracción (que es lo mismo que decir la frecuencia umbral).

Para practicar con esa expresión vamos a hacer las actividades 8, 9, 10 y 11 (páginas 278-279). 

Para saber si una radiación podrá producir efecto fotoeléctrico hay que ver si la energía de esos fotones es igual o superior al trabajo de extracción.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: ACTIVIDADES SEMANA DEL 16 AL 20 DE MARZO (2)

Vamos a seguir trabajando con la ley de Planck, en el siguiente enlace dejo cinco ejercicios cortitos y creo que fáciles, he puesto las soluciones para que podáis trabajar más autónomamente:

ACTIVIDADES LEY DE PLANCK

Enviádmelas a lo largo del jueves, si es posible.
El jueves publicaré la entrada sobre el efecto fotoeléctrico, pero podéis ir viéndolo en el libro (páginas 276 a 279).

BIENVENIDOS

Bienvenidos a las dos semanitas, como mínimo, que tendremos que estar más o menos confinados en casa por culpa del dichoso virus. Espero que todos sigáis tan bien como la última vez que os vi.

A través de este blog intentaremos que no todo este tiempo sea perdido, en relación a nuestras asignaturas. No os voy a agobiar mucho, el trabajo que haremos intentará adaptarse a la carga horaria de cada asignatura y será en plan bastante relajado y dando el tiempo suficiente para hacerlo, aunque pondremos una fecha tope de entrega de cada tarea porque, si no, nos relajamos demasiado, y llega el día antes de la evaluación y quedará un montón de gente por entregar el trabajo. Si no se entregan en plazo habrá una penalización en la nota.

Según la carga horaria los chicos de Física de 2º de Bachillerato serán los que tendrán que trabajar más y los de Física y Química de 3º de ESO los que menos.

Recordad hacer clic en la pestaña correspondiente a vuestra asignatura para ver las entradas correspondientes a las mismas. Ante cualquier duda podéis enviarme un correo (rafael punto ruiz arroba ieslafuensanta punto es) o dejar un comentario en esa entrada, os pedirá que os identifiquéis con vuestra cuenta de google. Tengo activada la opción de moderación de comentarios para evitar que salga publicada cualquier burrada, así que si veis que tarda un tiempo en aparecer el comentario es por ese motivo.

Bueno, pues a trabajar, y no olvidéis lavaros las manos.

FÍSICA 2º BACHILLERATO: ACTIVIDADES SEMANA DEL 16 AL 20 DE MARZO (1)

Tocaba empezar tema nuevo, ¿recordáis?

TEMA 8: FÍSICA CUÁNTICA (es el tema 9 del libro).

En la primera parte del tema tenemos que ver qué fenómenos se conocían a finales del siglo XIX y principios del XX que no podían ser explicados con la física de la época (la física clásica), estos fenómenos eran: 

• Radiación del cuerpo negro.
• Efecto fotoeléctrico.
• Espectros atómicos.

Vamos poco a poco, comenzamos por  la radiación térmica emitida por un cuerpo negro.

Leed las páginas 272 a 275. 

La clave está en entender que no había ninguna teoría que pudiera explicar lo que se observaba experimentalmente (figuras 9.2 y 9.5), el espectro de emisión del cuerpo negro, hasta que a Planck se le ocurrió la idea de que la energía no podía ni absorberse ni emitirse en cualquier cantidad, sino en unas cantidades discretas llamadas cuantos de energía.

La energía de cada cuanto viene dada por: 

E = h · f

Donde: 

E es la energía del cuanto o fotón.

h es la constante de Planck

f es la frecuencia del oscilador, o, en nuestro caso casi siempre es la frecuencia de la radiación electromagnética considerada

Con esa idea se encontró una fórmula que se ajustaba a lo observado, pero que no tenéis que aprenderla.

Teniendo en cuenta que

c =  λ/T = λ·f

Podemos escribir:

E = h · c/λ

Con las formulitas que aparecen aquí se pueden resolver situaciones como las que aparecen en las actividades 5, 6 y 7 de la página 257.

La tarea es que hagáis esas tres actividades y me las mandáis, procurad que se vea bien (escribid grandecito y con buena letra). En el asunto indicad: "ACTIVIDADES LEY DE PLANCK". Como tenéis las soluciones podéis comprobar si están bien hechas.  Enviadlas antes del jueves, porque para entonces tendremos que ver el efecto fotoeléctrico.

Si tenéis dudas, ya sabéis, dejad comentario e enviadme e-mail.

Ánimo, que ya mismo estamos en la calle.

TEMA 6 QUÍMICA 2º BACHILLERATO: Reacciones de transferencia de electrones.

En  este enlace podéis descargar la presentación del tema.

TEMA 2 QUÍMICA 2º BACHILLERATO: ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Quedaría por incluir el apartado dedicado al origen del universo, que seguiría a la clasificación de las partículas subatómicas, pero a falta de eso el tema estaría  completo:

TEMA 2: ESTRUCTURA DE LA MATERIA

TEMA 1 QUÍMICA 2º BACHILLERATO: CONCEPTOS BÁSICOS

En el enlace de abajo podéis descargar el tema 1. Todo lo que se trata en él son contenidos que es necesario conocer porque se usan a lo largo de todo el curso, especialmente a partir del tema de cinética química y los temas de equilibrio químico.

TEMA 1: CONCEPTOS BÁSICOS