Ejercicios FyQ

 Ejercicios Resueltos de Física Cuántica

a) Considera un núcleo de \ce{^28Si} y otro de \ce{^56Fe}. La masa del núcleo de hierro es el doble que la del núcleo de silicio. Determina, de forma justificada, la relación entre sus longitudes de onda de De Broglie en las siguientes situaciones: i) si el momento lineal o cantidad de movimiento es el mismo para los dos; ii) si los dos núcleos se mueven con la misma energía cinética.

b) Los neutrones que se emiten en un proceso de fisión nuclear tienen una energía cinética de 1.6\cdot 10^{-13}\ J. i) Determina razonadamente su longitud de onda de De Broglie y su velocidad. ii) Calcula la longitud de onda de De Broglie cuando la velocidad de los neutrones se reduce a la mitad.

Datos: h = 6.63\cdot 10^{-34}\ J\cdot s ; m_n = 1.67\cdot 10^{-27}\ kg


Un material posee un sistema de tres niveles energéticos electrónicos (nivel fundamental, primer nivel, y segundo nivel). Para que un electrón pase desde el nivel fundamental al segundo nivel, el material absorbe radiación de 450 nm; tras lo cual el material emite radiación de 600 nm debido al decaimiento del primer nivel hasta el fundamental.

a) Determina las diferencias de energía entre el primer nivel y el nivel fundamental, y entre el segundo nivel y el nivel fundamental, expresadas en eV.

b) Calcula la energía por unidad de tiempo que produce la emisión si el material emite 4\cdot 10^{15}\ \text{fotones}\cdot s^{-1}.

Datos: e = 1.6\cdot 10^{-19}\ C ; h = 6.63\cdot 10^{-34}\ J\cdot s ; c = 3\cdot 10^8\ m \cdot s^{-1}


Dada una superficie fotosensible, ¿un haz de luz brillante extrae más electrones que un haz tenue de la misma frecuencia?


¿Cuál es la energía cinética de los electrones desprendidos por un emisor que tiene una función de trabajo de 2.3 eV si la luz que incide es de 300 nm?


Una superficie de aluminio se ilumina con luz de 300 nm de longitud de onda. Si el trabajo de extracción del aluminio es 4,06 eV, ¿cuál es la energía cinética máxima de los fotoelectrones extraídos?

Datos: h = 6,62\cdot 10^{-34}\ J\cdot s ; c = 3\cdot 10^8\ m\cdot s^{-1}


Para extraer un fotoelectrón de la superficie de un metal se requiere una energía de 2,1 eV. ¿Cuál es la frecuencia umbral del material?


Las longitudes de onda del espectro visible están comprendidas, aproximadamente, entre 390 nm en el violeta y 740 nm en el rojo. ¿Qué intervalo aproximado de energías, en eV, corresponde a los fotones del espectro visible?


La frecuencia umbral para la emisión fotoeléctrica del cobre es 1.1\cdot 10^{15}\ s^{-1}. ¿Cuál será la energía máxima (en electronvoltios) de los fotoelectrones emitidos cuando una luz de frecuencia 1.5\cdot 10^{15}\ s^{-1} incide sobre una superficie de cobre?


Un fluorescente puede produir 10 W de luz visible. Si la longitud de onda es de 480 nm, cuantos fotones por segundo emite este fluorescente?


Un estudiante de física realiza un experimento del efecto fotoeléctrico para determinar la función de trabajo de cierto metal emisor, obteniendo la siguiente tabla de datos:

\begin{tabular}{|c|c|} \hline \bm{f\cdot 10^{15}\ (Hz)} & \bm{k\cdot 10^{18}\ (J)}\\ \hline 2.00 & 0.66\\ \hline 1.62 & 0.41\\ \hline 1.36 & 0.24\\ \hline 1.18 & 0.12\\ \hline 1.03 & 0.02\\ \hline \end{tabular}

¿Cuál es el metal emisor de fotoelectrones?


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