Introducción a la física cuántica

1.- Calcule la energía, en electrón volts, de un fotón cuya frecuencia es a) 6,2x10¹⁴ Hz, b) 3,1 GHz, c) 46 MHz, d) determine las longitudes de onda correspondientes a estos fotones. (a) 2,57 eV, b) 12,8 μeV, c) 191 neV, d) 484 nm, 96,8 mm, 6,52 m)

2.- Un transmisor de radio de FM tiene una salida de potencia de 150 kW y opera a una frecuencia de 99,7 MHz. ¿Cuántos fotones por segundo emite el transmisor? (2,27x10³⁰ fotones/s)

4.- Utilizando la ley de desplazamiento de Wien, calcule la temperatura superficial de una estrella gigante roja que radia con una longitud de onda máxima de 650 nm. (4,46x10³ K)

5.- ¿Cuál es la longitud de onda máxima emitida por el cuerpo humano? (9,35 μm)

7.- El ojo humano es más sensible a la luz de 560 nm. ¿Qué temperatura de un cuerpo negro radiará más intensamente a esta longitud de onda? (5.180 K)

8.- La función de trabajo para el potasio es 2,24 eV. Si el metal potasio se ilumina con luz de 480 nm, encuentre: a) la energía cinética máxima de los fotoelectrones, b) la longitud de onda de corte. (a) 0,35 eV, b) 555 nm)

9.- Un estudiante que analiza el efecto fotoeléctrico a partir de dos metales diferentes registra la siguiente información: i) el potencial de frenado para los fotoelectrones liberados en el metal 1 es de 1,48 eV mayor que para el metal 2, y ii) la frecuencia de corte para el metal 1 es 40% más pequeña que para el metal 2. Determine la función de trabajo para cada metal. (2,22 eV, 3,7 eV)

10.- Dos fuentes luminosas se utilizan en un experimento fotoeléctrico para determinar la función de trabajo correspondiente a una superficie metálica particular. Cuando se emplea luz verde de una lámpara de mercurio (longitud de onda 546,1 nm), un potencial de frenado de 1,7 V reduce la corriente a cero. A) Con base a esta medición, ¿cuál es la función de trabajo para este metal?, b) Qué potencial de frenado se observaría al usar la luz amarilla de un tubo de descarga de helio (longitud de onda 587, 5 nm) (a) 0,571 eV, b) 1,54 eV)

11.- El litio, el berilio y el mercurio tienen funciones de trabajo de 2,3 eV, 3,9 eV y 4,5 eV respectivamente. Si una luz de 400 nm incide sobre cada uno de estos metales, determine a) cuál de ellos exhibe el efecto fotoeléctrico, b) la energía cinética máxima para el fotoelectrón en cada caso. (a) litio, b) 0,808 eV)

12.- Una fuente luminosa que emite radiación a 7x10¹⁴ Hz es incapaz de arrancar fotoelectrones de cierto metal. Con la intención de utilizar esta fuente para extraer fotoelectrones del metal, se le da una velocidad a la fuente hacia el metal. A) Explique por qué este procedimiento emite fotoelectrones. B) Cuando la velocidad de la fuente luminosa es de 0,28 c, los fotoelectrones empiezan a ser expulsados del metal. ¿Cuál es la función de trabajo del metal?. C) Cuando la velocidad de la fuente luminosa se incrementa a 0,9 c determine la máxima energía cinética de los fotoelectrones. (b) 3,87 ev, c) 8,78 eV)

13.- Sobre una superficie limpia de Sodio, cuya función de trabajo es 2,3 eV, incide luz monocromática de longitud de onda 450 nm. Determinar a) la energía de los fotones de esta luz, b) la energía cinética máxima de los fotones emitidos, c) la frecuencia de corte para el Sodio, d) el módulo de la cantidad de movimiento de un fotón de la luz incidente. ( a) 2,8 eV, b) 0,5 eV, c) 5,6x10¹⁴ Hz, d) 1,5x10^-27 kg m/s)

14.- La región visible del espectro está comprendida entre 400 y 750 nm. ¿Cuál es el intervalo de energías correspondientes a los fotones de esta región del espectro? (1,7 a 3,1 eV)

15.- La función de trabajo de una superficie limpia de Na es de 2,5 eV. A) Determinar la frecuencia fotoeléctrica de corte, b) ¿emite electrones la superficie al ser iluminada con luz de 550 nm? ( a) 6x10¹⁴ Hz, b) no)

16.- Al incidir luz de longitud de onda 620 nm sobre la superficie de una fotocélula, los electrones de ésta son emitidos con una energía cinética máxima de 0,14 eV. Determinar: a) la función de trabajo, b) la frecuencia de corte. ( a) 1,87 eV, b) 4,5x10¹⁴ Hz)

17.- Se ilumina con luz de 280 nm la superficie de una aleación metálica rodeada de oxígeno. A medida que la superficie se oxida, el potencial de frenado cambia de 1,3 a 0,7 V. Determinar los cambios que se producen en: a) la energía cinética máxima de los electrones emitidos por la superficie, b) la función de trabajo, c) la frecuencia de corte (o umbral), d) la constante de Planck. ( a) 1,3 a 0,7 eV, b) 3,1 a 3,7 eV, c) 7,6x10¹⁴ a 8,9x10¹⁴ Hz, d) no cambia)