diodo ideal

Introducción a la Mecánica Cuántica

TEMA 4. LA CUANTIZACIÓN DE LA ENERGÍA: EXPERIMENTO DE FRANK-HERTZ

Preguntas preparatorias:

1.      ¿Qué pretendían medir Frank y Hertz en su experimento?

Pretendíanla cuantificación de los niveles de energía en los electronesde los átomos. Lo que confirmó el modelo del átomo de Bohr,demostrando que los átomos solamente podían absorber cantidades específicas de energía,es uno de los experimentos fundamentales de la física cuántica.

2.      ¿Cómo funciona el setup experimental? ¿Qué se mide con Ic, conU?

 El setup al ubicar un valor de potencial (entre 1 y 20 o más) en su casillero correspondiente el programa realiza una simulación de un diferencial de potencial en los extremos, lo que produce el movimiento de electrones, los mismo que chocan con una nube de átomos, al llegar al extremo positivo de la placa, está un aparato que medirá la corriente que llego a ese lugar.

·         I_c  mide la corriente que circula por el conductor.

·         U  mide la diferencia de potencial que se establece entre el cátodo y la rejilla.

3.      ¿Cuál es la diferencia entre magnitudes discretas y continuas? 

Una magnitud es continua cuando tiene infinitos valores dentro de cualquier intervalo finito. Una magnitud es discreta cuando no tiene infinitos valores dentro de cualquier intervalo finito.

 Si la magnitud es continua, la cantidad es determinado por el método llamado medición, este consiste en contar cuántas veces esta cantidad es mayor (o menor) que una cantidad unidad.

Si la magnitud es discreta, su cantidad se determina por el método llamado enumeración, consiste en contar cuántas cantidades unidad contiene.

4.      ¿Por qué la aparición de los picos que se observan la curva de corriente no se entienden desde la mecánica ondulatoria clásica?

Electricidad y magnetismo dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico(electromagnetismo) .El movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas. Lo que indica que la corriente no varía linealmente o en patrones fijos.

5.      ¿Cómo entra la relación de Planck-Einstein de energía y frecuencia en el análisis de los resultados?

La ley de Planck establece ‘la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por la constante universal’ esto no invalido la teoría de que la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la actualidad creen que la radiación electromagnética combina las propiedades de las ondas y de las partículas.
Posteriormente los descubrimientos de Planck fueron verificados por otros científicos, fue el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la investigación en campos como el de la energía atómica. En 1905 se reconoció la importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación electromagnética expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su carrera.

6.      ¿Qué significa que los valores de los picos en el gráfico sean múltiplos entre si?

Fig.1 corriente vs voltaje

La energía al momento del salto cuántico de los electrones viene en paquetes de cuantos matemáticamente la variación es : deltaE=nhv con n=1,2,3…..etc.

Tareas:

7.      Explique el diagrama del montaje experimental: Qué partes tiene, que hace cada una.

·          tubo que contiene vapor de mercurio a baja presión con el que se realiza el experimento

·         El cátodo caliente emite electrones con una energía cinética casi nula. Ganan energía cinética debido a la diferencia de potencial existente entre el cátodo

·         la rejilla donde llegaran los electrones que sean puestos en movimiento mediante la diferencia de potencial eléctrico

·         amperímetro que es el encargado de medir la velocidad de llegada de los electrones que lleguen a la rejilla con una energía cinética de 1.5 eV o más, impactarán en el ánodo y darán lugar a una corriente corriente Ic

·         voltímetro instrumento de medida ue ayudara a verificar la diferencia de potencial entre el ánodo y cátodo del tubo de vapor

·         fuente C.C de 1.5 [v]fija  tensión sentido opuesto, entre el ánodo y la rejilla con el fin de frenar los electrones.

·          

·         fuente C.C de 0 a 30 [v ]variable genera una tensión de aceleración para los electrones entre el cátodo y la rejilla

·         hilos conductores

Fig.2 diagrama de experimento de Frank-Hertz

8.      Realice las actividades indicadas en la hoja.

8.1 Actividades

• Se introduce la diferencia de potencial entre el cátodo y la rejilla de 1 a 20 V y pulsar en el botón Empieza. Se recomienda introducir los siguientes valores 2, 3, 4, 5, 6.... hasta 20.

Fig. 3 seput experimental

Fig.4 grafico aproximado de los valores obtenidos con el setup experimental

9.      Explique la aparición de los picos en términos de los niveles discretos de energía para el átomo de mercurio. ¿Cómo se relaciona esto con el modelo de átomo de Bohr?

En los átomos la energía no se intercambia de forma continua en un estado ligado, se produce de forma discreta lo cual implica la existencia de paquetes mínimos de energía llamados cuantos, mientras en los estados no ligados la energía se comporta como un continuo.

En 1913, Niels Bohr propuso su modelo del átomo, basado en el modelo del átomo de Rutherford . Con cuatro postulados, uno era relativo a la cuantificación de las órbitas de los electrones. Los primeros experimentos consistieron en poner en evidencia esta cuantificación. Se usaban la luz, en esta época se sabía que esta estaba formada por "cuantos de energía". Por ello, se reprochaba a Bohr que los resultados de la cuantificación de las órbitas se debían sólo a la cuantificación de la luz.
Cuando en 1914, Franck y Hertz, que trabajaban en las energías de ionización de los átomos, pusieron a punto el experimento que usaba los niveles de energía del átomo de mercurio. Donde el experimento sólo usaba electrones y átomos de mercurio, sin hacer uso de ninguna luz. Bohr encontró así la prueba irrefutable de su modelo atómico.

10    BIBLIOGRAFIA

·         http://marcel-mane.com/espanol/fisica/Magnitudes%20continuas%20y%20magnitudes%20discretas.htm

·         http://www.ciens.ula.ve/labfisica3y4/guialab4/FranckHertz.pdf

·         http://www.geothesis.com/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=413