UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE ACUSTICA Y OPTICA
PRACTICA 2 Ondas Electromagnéticas Ondas
“
”
PROFESOR: Luis Enrique Quintanar Cortés
GRUPO: 4 INTEGRANTES: Martínez Martínez Amaury Enrique Rivero Díaz Bernardo Sánchez Cisneros Alberto
BRIGADA: 3 Fecha: 29 de agosto del 2014
1. Abstract (Resumen) Se realizó la parte tres de la práctica para determinar la rapidez de propagación, la longitud de onda y la energía emitida por un fotón de un microonda, en esta parte se utilizó el goniómetro, el receptor y el emisor de microondas, estos dos últimos se colocaron sobre el goniómetro después se desplazó el receptor sobre el riel para encontrar cinco mínimos consecutivos y se repitió cinco veces para obtener un promedio.
2. Marco Teórico De manera más general, la longitud de onda es la distancia mínima entre dos puntos cualesquiera en ondas adyacentes. En general, la frecuencia de una onda periódica es el número de crestas (o valles o cualquier otro punto en la onda) que pasa un punto determinado en un intervalo de tiempo unitario. El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones cuando la luz choca contra una superficie. Este efecto tiene muchas aplicaciones prácticas. Para escapar de una superficie, el electrón debe absorber energía suficiente de la radiación incidente para superar la atracción de los iones positivos del material de la superficie. Esta atracción produce una barrera de energía potencial, que confina a los electrones al interior del material. La cantidad mínima de energía que debe ganar un electrón para escapar de determinada superficie se llama función trabajo para esa superficie, y se representa con φ. Hallwachs y Lenard encontraron que cuando sobre el cátodo incidía luz monocromática, no se emitían fotoelectrones, a menos que la frecuencia de la luz fuera mayor que cierto valor mínimo llamado frecuencia de umbral. Esta frecuencia mínima depende del material del cátodo.
3. Objetivo 3.3 Determinar la longitud de onda, la rapidez de propagación y la energía del fotón de una microonda.
4. Material 1 Receptor de microondas de 10.525 [GHz] 5% 1 Goniómetro con su riel p orta-componentes 1 Eliminador
5. Desarrollo 5.3 Rapidez de propagación y energía de un fotón de una onda electromagnética
Se colocaron en el riel del goniómetro el emisor y receptor de ondas. Se alinearon lo mejor posible, enfrente uno de otro de tal forma que entre ambos formaran un ángulo de 180° Se comenzó calibrando el equipo: Se colocaron el emisor y el receptor lo más cercano uno de otro de tal forma que la o escala de la caratula fuese la máxima. (53.5 [cm]).
Se fue alejando el receptor de tal forma que se viera en la carátula una caída y volviera a subir.
Anotamos la distancia en que se produjo el evento del punto anterior.
Repetimos los pasos anteriores de tal forma que se o btengan 5 valores.
Punto 4
Punto 3
Punto 2
Punto 1
Inicio
Regresamos el receptor a su posición inicial y repetimos los pasos anteriores 5 veces .
6. Resultados 6.3 Rapidez de propagación y energía de un fotón de una onda electromagnética
M1
M2
M3
M4
M5
1 2 3 4
Distancia inicial entre ambos 53.5 [cm] 53.5 [cm] 53.5 [cm] 53.5 [cm]
52.5[cm] 52.7[cm] 52.6[cm] 52.5[cm]
51.3[cm] 51.2[cm] 51.2[cm] 51.3[cm]
49.8[cm] 49.9[cm] 49.8[cm] 49.9[cm]
48.4[cm] 48.4[cm] 48.4[cm] 48.4[cm]
46.9[cm] 47[cm] 46.9[cm] 47[cm]
5
53.5 [cm]
52.5[cm]
51.3[cm]
49.8[cm]
48.4[cm]
46.9[cm]
Evento
7. Análisis de Resultados 7.3 Rapidez de propagación y energía de un fotón de una onda electromagnética ACTIVIDAD 5. Describa lo que sucede con la lectura indicada en la carátula del medidor del receptor .
La lectura en el medidor aumenta y disminuye al desplazar el receptor sobre el riel alejándolo del receptor ACTIVIDAD 6. Con base en la tabla obtenida, determine el valor promedio de la longitud de onda, de las microondas, con su incertidumbre.
Con la tabla de la sección 7.4.3 prom 0.0281 0.000209165 m ACTIVIDAD 7. Determine la rapidez de propagación de las microondas, con su incertidumbre, considerando la actividad anterior y las especificaciones del equipo. Para la frecuencia
f 10.525 0.52625 x109 Hz La longitud de onda
prom 0.0281 0.000209165 m
Para la velocidad
v v prom f v 0.0281 m 10.525 x10 9 Hz v
m s
v 295.7525 16.9365 x106
ACTIVIDAD 8. Determine la energía de un fotón de la radiación empleada, en las unidades joule [J] y electrón- volt [eV]
Para la energía de un fotón tenemos que: E hf
Donde h 6.626x1034 J s es la constante de Planck Sabemos que la frecuencia del emisor es: f 10.525x109 Hz E 6.626 x10 34 J s 10.525 x10 9 Hz E 6.974x10
24
J
En Electrovolts 1 eV 1.6 x1019 J
E 6.974x10 24 J E 4.36x10 5 eV
ACTIVIDAD 9. Con base en los resultados obtenidos ¿es posible lograr el efecto fotoeléctrico con las microondas?
Sí, siempre y cuando la energía emitida por un fotón de la microonda sea mayor a la función de trabajo o la frecuencia de la microonda se mayor a la frecuencia umbral de la superficie donde se incide la microonda.
7. 4 Incertidumbre 7.4.3 Incertidumbre ( Rapidez de propagación y energía de un fotón de una onda
electromagnética) Evento D 1[m] D2[m] D3[m] D4[m] D prom[m]
1
2
3
4
prom
2
2
2
2
2
1
0.012 0.015 0.014 0.015
0.014
2
0.015 0.013 0.015 0.014 0.01425
3
0.014 0.014 0.014 0.015 0.01425
4
0.012 0.014 0.015 0.014 0.01375
5
0.012 0.015 0.014 0.015
0.014
D prom 0.01405 m ; prom 0.0281 m s Para la desviación estándar
s
1
N
x x
N 1 i 1
i
s 0.00020 9165
8. Conclusiones Se determinó la longitud de onda experimentalmente a través de la distancia entre mínimos ( / 2 ) en cuanto el objetivo se cumplió, se calculó la longitud de onda promedio y su incertidumbre con la desviación estándar. Al calcular la velocidad de propagación es muy cercana a la velocidad de la luz en el aire esos errores se deben más al error de paralaje que al incertidumbre del instrumento
9. Bibliografía Introducción a la óptica. Pedro A. Bernaola Galván y Pedro J. Carpena Sánchez. Málaga, Universidad de Málaga, 2004 Física universitaria, con física moderna volumen 2. Young, Hugh D. y Roger A. a Freedman.Pearson Educación. México, 2009, 12 edición
