MEDICION DE LA ENERGIA RADIENTE SOLAR

MEDICION DE LA ENERGIA RADIENTE SOLAR

MATERIAL: Piedra volcánica (cuerpo negro), lupa, termómetro.

Procedimiento:

<!--[if !supportLists]-->-       <!--[endif]--> Medir durante tres minutos la temperatura del hueco  de la piedra volcánica, expuesta a la radiación solar, registrar el dato final.

<!--[if !supportLists]-->-       <!--[endif]-->Calentar el hueco de piedra volcánica con la lupa (coincidir el foco de la radiación solar con el centro del hueco) durante tres minutos, medir con el termómetro  la temperatura obtenida.

OBSERVACIONES:

EQUIPO	TEMPERATURA INICIAL   OC	TEMPERATURA FINAL  |OC
1	35°C	40°C
2	33oC	37oC
3	31oC	38oC
4	30°C	39°C
5	34oC	40o C
6	35°C	41o C

6.3 ESPECTROS DE EMISION Y ABSORCION DE GASES

El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido.

Explicación

Si colocamos un tubo con hidrógeno calentado a alta temperatura, esto produce que emita radiaciones, y cuando éstas se hacen pasar a través de un prisma de cuarzo se refractan, y se desvían. Cuando salen del prisma, las radiaciones se encuentran separadas en la placa detectora.
Las características del espectro de emisión de algunos elementos son claramente visibles a ojo descubierto cuando estos elementos son calentados. Por ejemplo, cuando un alambre de platino es bañado en una solución de nitrato de estroncio y después es introducido en una llama, los átomos de estroncio emiten color rojo. De manera similar, cuando el cobre es introducido en una llama, ésta se convierte en luz verde. Estas caracterizaciones determinadas permiten identificar los elementos mediante su espectro de emisión atómica.
El hecho de que sólo algunos colores aparezcan en las emisiones atómicas de los elementos significa que sólo determinadas frecuencias de luz son emitidas. Cada una de estas frecuencias están relacionadas con la energía con la fórmula:

E_fotón = hν

donde E es la energía, h es la constante de Planck y ν es la frecuencia. La frecuencia ν es igual a:

ν = c/λ

donde c es la velocidad de la luz en el vacío y λ es la longitud de onda.
Con esto se concluye que sólo algunos fotones con ciertas energías son emitidos por el átomo. El principio del espectro de emisión atómica explica la variedad de colores en signos de neón, así como los resultados de las pruebas de las llamas químicas mencionadas anteriormente.
Las frecuencias de luz que un átomo puede emitir depende de los estados en que los electrones pueden estar. Cuando están excitados, los electrones se mueven hacia una capa de energía superior. Y cuando caen hacia su capa normal emiten la luz.

La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia que consiste en poner un gas en contacto con un liquido para que este disuelva determinados componentes del gas , que queda libre de los mismos.
La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico.
La desorción es la operación contraria a la absorción es la operación unitaria contraria en la cual un gas disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte siendo eliminado del líquido.
En una columna en la cual estén en contacto un gas y un líquido que no están en equilibrio se realizará una transferencia de materia. La fuerza impulsora actuante es la diferencia entre las presiones parciales del líquido y el gas.
El sentido de la transferencia estará en función del signo de las fuerzas impulsoras.
Los aparatos que pueden para realizar una absorción pueden ser los mismos que en una destilación ya que la fase de contacto es también entre un líquido y un gas.
Las columnas no necesitarán ni condensador ni caldera. Se usan normalmente columnas de platos o de relleno.

6.2 CUANTIZACION DE LA ENERGIA Y EFECTO FOTOELECTRICO

La experiencia que realizaron Franck y Hertz en 1914 es uno de los experimentos claves que ayudaron a establecer la teoría atómica moderna. Nos muestra que los átomos absorben energía en pequeñas porciones o cuantos de energía, confirmando los postulados de Bohr. Mediante una simulación se tratará de explicar las características esenciales de este sencillo experimento, observando el movimiento de los electrones y sus choques con los átomos de mercurio, e investigando el comportamiento de la corriente Ic con la diferencia de potencial U que se establece entre el cátodo y la rejilla.En física, la mecánica cuántica (conocida también como mecánica ondulatoria o como física cuántica) es una de las ramas principales de la física que explica el comportamiento de la materia. Su campo de aplicación pretende ser universal, pero es en lo pequeño donde sus predicciones divergen radicalmente de la llamada física clásica.
La mecánica cuántica es la última de las grandes ramas de la física y comienza a principios del siglo **, en el momento en el que las dos teorías que intentaban explicar lo que nos rodea comenzaban a hacer aguas: la ley de gravitación universal y la teoría electromagnética clásica. La teoría electromagnética generaba un problema cuando intentaba explicar la emisión de radiación de cualquier objeto en equilibrio, llamada radiación térmica, que es la que proviene de la vibración microscópica de las partículas que lo componen. Pues bien, usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, la energía que emitía esta radiación térmica daba infinito si se suman todas las frecuencias que emitía el objeto, con ilógico resultado para los físicos.

Efecto fotoeléctrico

Efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:

• Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.
• Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO Y LA HIPOTESIS CUANTICA

TEORIA CUANTICA DE PLANCK

Max Planck, en 1900, señaló que la única forma de interpretar los resultados experimentales de la distribución de la energía emitida por la radiación de un cuerpo negro (*1) era suponiendo que los átomos responsables de dicha emisión no pudieran adoptar cualquier valor de energía. La hipótesis de Planck condujo a que la energía emitida por los osciladores atómicos sólo podía tomar unos valores definidos, llamados “cuantos” de luz o fotones, proporcionales a la frecuencia de la radiación emitida.
La interpretación de Planck combinada con la anterior que enuncio Einstein (*2) para el efecto fotoeléctrico mostró por vez primera la utilidad de la teoría cuántica, que rápidamente fue corroborada por el sueco Niels Böhr incorporándola también en la construcción de su modelo atómico pocos años después.

OTROS ESTUDIOS

En el año 1900, los británicos Rayleigh y Jeans estudiaron experimentalmente la distribución de la cantidad de energía de las radiaciones emitidas por cuerpos negros en función de sus longitudes de onda y obtuvieron algo sorprendente: la energía emitida presentaba un máximo en torno a los 2000 nanometros y disminuía tanto si analizamos las longitudes de onda mayores, como si observamos en las menores.

Los resultados para los valores altos de la longitud de onda estaban de acuerdo con la teoría electromagnética porque las ondas armónicas (sinusoidales), como las que describen la propagación de los campos eléctricos y magnéticos, poseen menor energía (proporcional a su intensidad) conforme disminuyen sus frecuencias o aumentan sus longitudes de onda. Por el contrario, según la teoría ondulatoria clásica, al disminuir la longitud de onda, aumentando consecuentemente la frecuencia, la energía emitida tendría que ser mayor, debería presentar un crecimiento exponencial a medida que decrece la longitud onda, lo cual estaba en total discordancia con lo observado por Rayleigh y Jeans. A este hecho se le conoció como “la catástrofe ultravioleta”, puesto que era a esas longitudes de onda bajas (región UV) donde se halla la contradicción manifiesta entre los hechos experimentales y lo que podía deducirse de la teoría electromagnética. Ahora bien, gracias a la idea de Planck, si la energía del fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación, siempre será mayor cuanto menor sea la longitud de onda, pues entonces será mayor su frecuencia, en total concordancia con los datos experimentales.

REFERENCIAS

(*1) Un "cuerpo negro" es aquél sólido que posea la máxima capacidad de absorción de la radiación que le llega, incluyendo lógicamente la luz visible, por lo que realmente se ve negro.
No obstante, este material emite radiaciones electromagnéticas no visibles, cuyas frecuencias (y longitudes de onda correspondientes) dependen de su temperatura y no de su composición.

(*2) Einstein postuló que la luz no sólo se emite en forma discontinua. En vez de considerar la luz incidente como una radiación de frecuencia f, la imaginó como un chorro de partículas (los fotones), cada una de las cuales posee una energía proporcional a f. Cuando uno de dichos fotones incide sobre la lámina metálica cede su energía a uno de los electrones y, si es superior a la energía mínima o umbral necesaria, arrancará al electrón de la superficie del metal. Por tanto, la energía cinética del electrón emitido se podrá calcular mediante la diferencia entre la energía del fotón incidente y la umbral.

6.1 CRISIS DE LA FISICA CLASICA Y ORIGEN DE LA FISICA CUANTICA

LA CRISIS DE LA FÍSICA CLÁSICA
Hacia 1880 la física presentaba un panorama de calma: la mayoría de los fenómenos podían explicarse mediante la mecánica de Newton, la teoría electromagnética de Maxwell, la termodinámica y la mecánica estadística de Boltzmann. Parecía que sólo quedaban por resolver unos pocos problemas, como la determinación de las propiedades del éter y la explicación de los espectros de emisión y absorción de sólidos y gases. Sin embargo, estos fenómenos contenían las semillas de una revolución cuyo estallido se vio acelerado por una serie de asombrosos descubrimientos realizados en la última década del siglo XIX: en 1895, Wilhelm Conrad Roentgen descubrió los rayos X; ese mismo año, Joseph John Thomson descubrió el electrón; en 1896, Antoine Henri Becquerel descubrió la radiactividad; entre 1887 y 1899, Heinrich Hertz, Wilhelm Hallwachs y Philipp Lenard descubrieron diversos fenómenos relacionados con el efecto fotoeléctrico. Los datos experimentales de la física, unidos a los inquietantes resultados del experimento de Michelson-Morley y al descubrimiento de los rayos catódicos, formados por chorros de electrones, desafiaban a todas las teorías disponibles.

La física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos, que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, o su energía, o conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula (descrito según el principio de incertidumbre de Heisenberg).

RECAPITULACION 10

RECAPITULACION 10

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

EQUIPO	ESPECTRO
1	<!--[endif]-->
2	<!--[endif]-->
3	<!--[endif]-->
4	<!--[endif]-->
5	<!--[endif]-->
6	<!--[endif]-->

SEMANA 10 MARTES

SEMANA 10 MARTES

EQUIPO	5.22 Energía de ondas electromagnéticas	5.22    Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas.	EJEMPLOS(industria, comunicaciones, medicina, astronomía)  ¿Cómo FUNCIONAN?
1	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre e a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	TELEVISION El principio de funcionamiento comprende tres etapas: <!--[if !supportLists]-->1.    <!--[endif]-->Transformación de los matices de color («colores») y de su grado de saturación («intensidades») en señales eléctricas (corrientes o tensiones); <!--[if !supportLists]-->2.    <!--[endif]-->Transmisión eléctrica de las señales por conductores o sin ellos, hasta el aparato receptor; <!--[if !supportLists]-->3.    <!--[endif]-->Re transformación de las señales en una imagen en color.
2	La intensidad o cantidad de energía por unidad de área y unidad de tiempo que transmite una onda electromagnética es igual a: S = 1 2 c_0E2 0 La potencia de una onda electromagnética es igual a la intensidad por el área de la sección, trasversal a la onda. La energía transmitida en un cierto intervalo temporal es igual a la potencia por el tiempo.	Ondas radio: El uso más habitual de las ondas de radio con efecto terapéutico se lleva a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencia superior a los 100 KHz MICROONDAS INFRAROJO RAYOS X RAYOS GAMMA	Rayos Gamma: Funcionamiento: los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma también son utilizados en la radioterapia.
3	La naturaleza de las ondas electromagnéticas consiste en la propiedad que tiene el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo.   Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una onda electromagnética depende de su frecuencia (longitud de onda): entre mayor su frecuencia mayor es la energía: W = h f, Donde W es la energía, h es una constante (la constante de Plank) y f es la frecuencia.	Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano      8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos <!--[if !supportLineBreakNewLine]--> <!--[endif]-->	Microondas generadas en los hornos microondas Lo que en realidad hace la radiación 2.4GHz usada en los microondas es la excitación del enlace O-H. Este enlace está presente principalmente en el agua, pero también en muchos otros compuestos. La facilidad para excitar este enlace es mayor si el H está relativamente "libre" sin puentes de Hidrogeno que lo "aten", esto sucede en el hielo y también en algunos hidrocarburos. Al referirse a excitación del enlace O-H no quiere decir que la molécula gire, simplemente al absorber la energía de la microonda el enlace pasa del estado vibraciones-rotacional fundamental a uno superior "excitado". Este nuevo estado contribuye a elevar la energía traslacional media de las moléculas (medida microscópica) y por tanto su temperatura (medida macroscópica)
4	La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.[1] A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.	Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano 8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos	La luz La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético, que permite a los seres vivos ver los objetos que le rodean. Desde el punto de vista de la física, la luz se manifiesta como: Radiaciones de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes. Partículas denominadas fotones.
5	Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la dirección de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.	- Sistemas de comunicaciones, internet, señales satelitales y todo eso.	Radio: te acerca al mundo entero, gracias a un maravilloso universo de ondas, electricidad e inventos científicos. Mediante especializados equipos las ondas electromagnéticas se emiten, luego se transmiten, hasta que finalmente son recibidas por nosotros.
6	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Por la importancia de la transferencia de energía electromagnética en el caso de la propagación de las ondas, es conveniente expresar la relación de la energía de las ondas incidente y reflejada por la relación llamada coeficiente de reflexión, el cual se define como la raíz de la relación de potencias que se encuentra dividiendo la energía reflejada por segundo que deja una superficie reflejante, entre la energía por segundo incidente a la misma superficie. Si ambas energías son iguales, el coeficiente de reflexión vale 1 y existe una reflexión perfecta.	<!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. <!--[if !supportLists]-->·         <!--[endif]-->Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Su radiación es muy peligrosa para los seres vivos.