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Informe de laboratorio Física Ondulatoria

Marta Noble Montes José D Jiménez Teherán Jennifer Cabarcas Meza Cilia Hernández Cogollo

Ing. Edilberto Villafañe

Fundación universitaria tecnológico Comfenalco facultad Ing. industrial – producción industrial Cartagena – Bolívar 2020

SERVICIOS ACADEMICOS LABORATORIOS TECNOLOGÍA EN SEGURIDAD E HIGIENE OCUPACIONAL

PRACTICA EN LABORATORIO DE INTERACCIONES DE LA MATERIA CON LA LUZ

Código: 320-07-70 Fecha: 28 DE ENERO 2014 Versión: 0 Aprobado por: DIRECCION DE PROGRAMA

1. Autores: Edilberto Villafañe Ávila 2. Generalidades INTERACCIONE LUZ – MATERIA Una de las características esenciales de las radiaciones ionizantes (fotones, neutrones, partículas cargadas, etc.) es su capacidad de penetrar en la materia e interaccionar con ella. En estas interacciones, la radiación pierde parte o toda su energía cediéndola al medio que atraviesa mediante distintos mecanismos de interacción que dependen esencialmente del tipo de radiación, de su energía y de las propiedades del medio material con el que interaccionan. Estos procesos de interacción de la radiación con la materia son la causa de los efectos producidos por las radiaciones (en particular, los efectos biológicos producidos en seres vivos) y determinan las condiciones de propagación de la radiación en un medio material así como el diseño de los blindajes apropiados para cada tipo de radiación. La interacción de la radiación con un material determinado depende fundamentalmente de su carga eléctrica y su masa. Por lo que es necesario distinguir entre: sin carga y sin masa (fotones, es decir: radiación gamma y rayos X), partículas cargadas “ligeras” (radiación beta, es decir: electrones y positrones), partículas cargadas “pesadas” (radiación alfa) o partículas con masa y sin carga (neutrones). A continuación se describen brevemente los procesos de interacción principales mediante los cuales la radiación interacciona con la materia. INTERACCIÓN DE FOTONES CON LA MATERIA Atenuación La interacción entre fotones (partículas sin carga ni masa) y la materia tiene lugar a través de colisiones aisladas, sin que se produzcan otras interacciones entre dos colisiones. Por ello, los fotones no tienen un alcance definido al atravesar la materia sino una cierta probabilidad de atenuación por unidad de longitud Espectroscopia Así como hay varias clases de radiación electromagnética, hay varios tipos de espectroscopia, que dependen de la frecuencia de la luz que usemos. Comenzaremos nuestra discusión al considerar la espectroscopia UV-Vis —es decir, lo que ocurre

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dentro de los átomos y las moléculas cuando fotones en el rango UV y visible del espectro (longitudes de onda de alrededor de 10-700nm), son emitidos o absorbidos Hemos mencionado cómo los átomos y las moléculas pueden absorber fotones, y por Consiguiente sus energías. Dependiendo de la energía del fotón absorbido o emitido, diferentes fenómenos pueden ocurrir. Comenzaremos por considerar el caso más simple, en el que un átomo de hidrógeno absorbe luz en la región visible o en la región UV del espectro electromagnético. Cuando un átomo absorbe un fotón UV o un fotón de luz visible, la energía de ese fotón puede excitar uno de los electrones del átomo de tal forma que alcance un nivel de energía mayor. Este movimiento del electrón, de un menor nivel de energía a uno mayor, o de regreso de un nivel mayor de energía a uno menor, se conoce como transición. Para que ocurra una transición, la energía del fotón absorbido debe ser mayor o igual que la diferencia de energía entre los 222 niveles. Sin embargo, una vez que el electrón es excitado y alcanza un mayor nivel de energía, está en una posición más inestable que en la que estaba cuando se hallaba relajado en su estado base. Así, el electrón rápidamente caerá al estado de menor energía y, al hacerlo, emitirá un fotón con la misma energía que la diferencia entre los niveles energéticos. Los fotones cargan cantidades discretas de energía llamadas cuantos, que pueden transferir a átomos y moléculas cuando son absorbidos. Dependiendo de la frecuencia de la radiación electromagnética, los químicos pueden explorar diferentes partes de la estructura de un átomo o de una molécula con distintos tipos de espectroscopia. Los fotones en los rangos UV y visible del espectro electromagnético pueden tener suficiente energía para excitar electrones.

3. Competencias 3.1 Competencias específicas Unidad de Competencia de la asignatura Describir cómo interactúa un conjunto de moléculas de ejemplo con luz de energía variable.

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Identificar las características de las moléculas asociadas con una interacción con la luz. Construir un conjunto de pautas que generalicen cómo reaccionan las moléculas con la luz de energía variable. Determinar las interacciones de la materia con la luz con diferentes moleculas. . 3.2 Competencias genéricas Razonamiento cuantitativo Resolver situaciones problémicas que involucren procesos matemáticos relacionados con La luz y la interaccion con la materia. 4. Objetivo de la práctica Analizar la forma como podemos interacciona la materia con la luz partir de la Utilización de un simulador PhET (Laboratorio PhET de interaccion de la Materia con la luz) y sus características

5. Metodología PRIMERA PARTE PARTE 1: COMENZANDO A. Descargue la simulación Moleculas and Luz: https://phet.colorado.edu/es/simulation/molecules-and-light

B. Explore todos los controles en la simulación durante aproximadamente 5 minutos. Haga clic en diferentes cosas y descubra qué hace cada una. Discuta con sus compañeros y decida un resumen breve de lo que hace y muestra la simulación.

SEGUNDA PARTE: "LUZ" EN LA SIMULACIÓN

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Clasifique la radiación electromagnética en la simulación en términos de energía, longitud de onda y frecuencia. A. energía: La energía transportada por una radiación electromagnética se puede medir en Julios (J), aunque más frecuentemente se mide en electronvoltios (eV). El electronvoltio representa la energía cinética que adquiere un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. Equivale a 1,602176462 × 10-19 J. B. longitud de onda: Es la distancia entre las crestas de dos ondas consecutivas, y se mide en unidades de longitud (m). La amplitud de la onda depende de la potencia radiante de la fuente emisora. C. frecuencia: Es el número de veces que oscila una onda en un segundo y se mide en ciclos/segundo o hercios (Hz). La frecuencia es directamente proporcional a la energía que transporta una radiación, según la ecuación: E = h.f, (donde h es la constante de Planck = 6,63·10-34 J/s). TERCER PARTE: INTERACCIÓN DE LA LUZ Y LA MATERIA A. Examine cómo los diferentes fotones en la simulación afectan a cada molécula. Registre sus observaciones para cada combinación en unas pocas palabras descriptivas.

CO

Microondas Podemos observer que las particula de CO gira al rededor de su eje al momento que es impactada por las microondas y a su ves

Infrarroja Observamos que al momento que la luz infraroja inpacta en la molecula de CO estan empiesan a bibrar sin romperce y a su ves estas mismas

Visible observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de CO.

Ultravioleta observamos que la luz ultravioleta no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de CO

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estas mismas particulas son reflejada por la particular de carbon.

N2

O2

CO2

observamos que la microondas no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de N2 observamos que la microondas no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de O2 observamos que la microondas no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de

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particulas son reflejada por la particular de carbon.

observamos que la luz infrarojo no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de N2

observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de N2

observamos que la luz ultravioleta no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de N2

observamos que la luz infrarojo no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de O2

observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de O2

observamos que la luz ultravioleta no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de O2

observamos que la luz infraaroja al momento de impactar la molecula de CO2 esta empieza abibrar y asu

observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de CO2

observamos que la luz ultravioleta no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de CO2

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PRACTICA EN LABORATORIO DE INTERACCIONES DE LA MATERIA CON LA LUZ CO2

H2O

NO2

observamos que la molecula de H2O al ser impactada por las microondas esta gira entorno a su propio eje y a su ves la particular de oxigeno refleja el has de luz. observamos que la molecula de NO2 al ser impactada por las microondas esta gira entorno a su propio eje y a su ves la particular de nitrogeno refleja el has de luz.

ves la particular de carbon refleja el has de luz. observamos que la luz infraaroja al momento de impactar la molecula de H2O esta empieza abibrar y asu ves la particular de oxigeno refleja el has de luz. observamos que la molecula de NO2 al ser impactada por las microondas esta gira entorno a su propio eje y a su ves la particular de nitrogeno refleja el has de luz.

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observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de H2O

observamos que la luz ultravioleta no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de H2O

Observamos que molecula de NO2 absorve la energia al momento de ser impactada por la lus visible y cuando ya esta totalmente carga la molecula de NO2 espulsa la sobrecarga de esta energia y asu ves la particular de nitrogeno refleja el has de luz.

Observamos que la molecula de NO2 es destruida al moemnro de recivir el impacto de la luz ultravioleta arrancando asi una particula de oxigeno.

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PRACTICA EN LABORATORIO DE INTERACCIONES DE LA MATERIA CON LA LUZ observamos que la molecula de O3 al ser impactada por las microondas esta gira entorno a su propio eje y a su ves la particular de nitrogeno refleja el has de luz.

O3

observamos que la luz infraaroja al momento de impactar la molecula de O3 esta empieza abibrar y asu ves una particula de oxigeno refleja el has de luz.

observamos que la luz visible no causa ningun efecto al momento de impactar la molecula de O3

Código: 320-07-70 Fecha: 28 DE ENERO 2014 Versión: 0 Aprobado por: DIRECCION DE PROGRAMA Observamos que la molecula de O3 es destruida al moemnro de recivir el impacto de la luz ultravioleta arrancando asi una particula de oxigeno.

B. 

¿Qué molécula (s) no se vieron afectadas por ninguna de las radiaciones en el simulador? R/ Después de observar el simulador podemos concluir que las partículas N2 y O2 no se vieron afectada al impacto de ninguna de las radiaciones de luz.



¿Por qué podría ser esto importante? (Sugerencia: piense en qué moléculas se encuentran comúnmente en nuestro aire y atmósfera) R/ Ya que las partículas de N2 y O2 se encuentran en la atmosfera están no son afectada por los diferentes tipos de luz. En la atmosfera podemos encontrar moléculas de oxígeno, nitrógeno, argón y dióxido de carbono.

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C. Examine sus observaciones anteriores y resuma los efectos de cada tipo de radiación sobre las moléculas en la simulación. Microondas

Podeos concluir que las moleculas (CO2, H2O, NO2 y O3) giran al rededor de su propio eje y Efecto las particulas sobre las de (N2, O2 y moleculas CO2) no son afectada por la radiacion de luz.

Infrarroja

Podemos conclluir que las moleculas(CO, CO2, H2O, NO2 Y O3) al ser impactada por la luz infraroja estan empiezan a vibrar, en cambio las moleculas ( N2 Y O2) no son afectada por la radiacion de luz.

Visible

Podemos concluir que las moleculas(CO, N2, O2, CO2, H2O Y O3) no son afectadas por la radiacion de la luz visible, mientras que la molecula(NO2 ) se carga de energia para luego ser espulsada,

CUARTA PARTE. MOLECULAS EN LA SIMULACIÓN

Ultravioleta

podemos concluir que las moleculas(CO, N2, O2, CO2 Y H2O) no son afectada por la radiacion de la luz ultravioleta, miestras que las moleculas (NO2 Y O3) son destruidad al momento de recivir la radiacion de la luz ultraviolet.

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La interacción de la luz con una molécula depende de las características de la molécula. La presencia de electrones de par solitario no unidos o dipolos de enlace son dos ejemplos. Identifica al menos 2 características más: 

Si el número de moléculas del sistema aumenta el acoplamiento también lo hace.



depende fundamentalmente de su carga eléctrica y su masa.

QUINTA PARTE: OBSERVACIONES GENERALIZADAS Regrese a su clasificación anterior e intente identificar las características moleculares asociadas con una interacción particular con la radiación electromagnética. tipo de radicion

Tipo de radiación ¿Qué moleculas se vieron afectadas?

Regla general para predecir la actividad

La de agua (H2O), Dioxido de nitrogeno (NO2), Ozono (O3)

Las hacia girar sobre su propio eje.

La de monoxido de carbon (CO), Dioxido de carbon (CO2), Agua (H2O), Dioxido de nitrogeno (NO2), Ozono (O3)

Les causa vibraciones lo que hace que reboten.

Microondas

Infrarroja

Dioxido de nitrogeno (NO2) Visible

Ultravioleta

Dioxido de nitrogeno (NO2), Ozono (O3)

Rompe las moleculas al interactuar

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6. Evidencia tomadas durante la práctica

RELATO DE LAS OBSERVACIONES

7. Precauciones o riesgos de la práctica Para iniciar el experimento usted debe: 

Leer en su totalidad la guía de la práctica. Verificar que cuenta con el simulador utilizado en la práctica para ello luego usted puede ingresar al Link https://phet.colorado.edu/es/simulation/molecules-and-light

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

No se precipite al realizar el experimento, siga cuidadosamente cada paso, no omita ningún paso, ni te adelantes pasos



Si los resultados no son los descritos en el experimento, vuelve a leer las instrucciones, inicia de nuevo en el primer paso.



Sigue las instrucciones que te indica tu asesor y la guía



Desarrolla tus experiencias con orden y responsabilidad

1. Situaciones problémicas Investigar sobre las siguientes preguntas: a) ¿Que pude causar la interaccion de la luz y la materia? R/ La interacción entre luz y materia puede causar: 

Cambio de la dirección: Reflexión (con o sin difusión) y refracción.



Absorción de la radiación: Que se reenvía de modo no visible y causa la coloración de los cuerpos.



Fluorescencia: Absorción de la radiación seguida de un renvío a una longitud de onda mayor.

Las leyes de la conservación de la energía se mantienen, por lo que la suma de lo reflejado, transmitido y absorbido debe ser igual a la energía original. b) ¿En qué consiste el fenómeno de absorción de la luz? R/ Consiste de un fenómeno físico en el que la energía luminosa o electromagnética es absorbida por algunas sustancias. c) ¿Cómo se clasifican los cuerpos no auto luminoso? Cuerpos transparentes son aquellos que al ser iluminados dejan pasar toda la luz que reciben. Los cuerpos se pueden ver nítidamente a través de ellos como por ejemplo el vidrio. Cuerpos traslúcidos son aquellos que dejan pasar parcialmente luz que llegan a ellos. Los cuerpos no se pueden ver nítidamente como el papel de calco. Cuerpos opacos Son aquellos que no dejan pasar la luz a través de ellos como ejemplo una pared.

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d) ¿De qué manera se puede hacer para que una Molécula brille? ¿qué tipo de luz hay que usar? Para que una molécula brille se requiere de una luz ultravioleta ya que pudimos manipular en el simulador de moléculas y luz. e) ¿Descubre una manera de hacer que las moléculas se separen mediante la luz? La manera para que las moléculas se separen mediante la luz seria con dióxido de nitrógeno (NO2) ya que lo que hace expulsarlas de su dirección constante.

9. Resultados y conclusiones de la práctica El estudiante debe presentar informe de laboratorio en el modelo sugerido de formato informe 10. Referencias bibliográficas 

SIMULADOR - DE VISION DEL COLOR https://phet.colorado.edu/es/simulation/molecules-and-light

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SEARS, Francis W., ZEMANSKY, Mark W. Física Universitaria I. Volumen 1. Editorial Addison-Wesley. RESMICK, R. HALLIDAY, D. Física volumen I. Editorial Continental, 2000. TIPLER, Paul A. Física Volumen I, Editorial Reverté, S.A.

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