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• Guido Gonzalez Posada

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• Corriente eléctrica
• Ciencias fisicas

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Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica y de Investigación Guía para el desarrollo del componente práctico 1. Descripción general del curso Escuela o Unidad Académica Nivel de formación Campo de Formación Nombre del curso Código del curso Tipo de curso Número de créditos

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Profesional Formación interdisciplinar básica común Física Moderna 299003 Metodológico Habilitable 3

Si

No x

2. Descripción de la actividad

Tipo de práctica

Laboratorio físico

Laboratorio remoto

Simulador

Trabajos de campo

Software especializado

Experiencias profesionales dirigidas

Otro

Cuál

Tipo de actividad:

Individual

Momento de la evaluación:

x

Colaborativa

x

Número de 3 semanas

Intermedia, x Final unidad: 2 y 3 Entorno donde se realiza: Peso evaluativo de la actividad: 95 Entorno de aprendizaje práctico y entorno de aprendizaje colaborativo Fecha de inicio de la actividad: Fecha de cierre de la actividad: 14/11/2019 28/11/2019 Temáticas que aborda componente práctico: Inicial

Las temáticas que se abordan en éste componente práctico son las desarrolladas en las unidades 2 y 3 del curso con antelación. Actividades a desarrollar Nota inicial aclaratoria: En la presente guía se estipulan tres prácticas virtuales con su respectiva evaluación para el desarrollo del componente práctico del curso. Cabe

mencionar que la actividad es individual, por lo cual, es necesario destinar el tiempo necesario para el desarrollo. Recuerde que si hay dudas en manejo de los simuladores o en los resultados obtenidos, el acompañamiento por parte de los docentes del curso será vía correo interno del curso y/o skype. A continuación se describen las prácticas a desarrollar del curso de Física Moderna:

PRÁCTICA LABORATORIO VIRTUAL 1: EL EFECTO FOTOELÉCTRICO. Objetivos.  Calcular la longitud de onda umbral para distintos metales.  Usar dicha longitud de onda para el cálculo de la frecuencia umbral, así como para el cálculo de la energía o trabajo de extracción para dichos metales.  Conocida la longitud de onda umbral, irradiar el metal con una longitud de onda mayor y con dicho valor, calcular la energía cinética máxima de los electrones arrancados.  Relacionar esa energía cinética con el potencial de frenado de los electrones y comprobar en la simulación que ambos coinciden. Introducción: Para el uso y/o manejo del simulador virtual que se desarrollará en esta práctica de laboratorio virtual consulte los siguientes pasos: 1. El simulador para su funcionamiento necesita Java, sino lo tiene instalado en su computador descargue e instale Java desde el siguiente enlace: https://www.java.com/es/download/ 2. En el entorno de aprendizaje práctico ingrese a “Simuladores del curso” y luego descargue el simulador desde el enlace llamado Simulador efecto fotoeléctrico [1]. 3. Cuando este descargando el simulador pueden aparecer advertencias como las siguientes:

Es de aclarar que el archivo no daña el computador y puede descargarlo normalmente haciendo clic en “Descargar”. 4. Una vez descargado podrá abrirlo y visualizar aspectos como los siguientes: 

Permite controlar la intensidad luminosa de la lámpara. Cuanto mayor sea la intensidad, más fotones emite la lámpara y el número de electrones que salen del metal, aumenta.  Con este desplegable, eliges el metal que será iluminado.

que hay encima.

 Aquí seleccionas el “color” de la luz que emitirá la lámpara. Se indica el color con la longitud de onda en nanómetros. Si lo haces con el cursor irá de 3 en 3 nm. Pero cuando quieras ir de 1 en 1 nm puedes ir escribiendo el número de la longitud de onda en el visor



Amperímetro. Nos indica la intensidad de corriente eléctrica que pasa por el circuito.



Esta “pila”, representa una fuente de potencial variable. El potencial puede irse variando de 0,20V en 0,20V. Esto nos permitiría medir la energía cinética máxima de los electrones emitidos. Se consigue aplicando una diferencia de potencial V entre las placas que frenen el movimiento de los fotoelectrones emitidos, impidiendo que lleguen a la otra placa. Este potencial de frenado coincidirá con la energía cinética máxima de los fotoelectrones.

Base Teórica.

En esta práctica virtual estudiaremos cómo se comporta un metal cuando es iluminado con una luz que puede variar desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Para que el efecto fotoeléctrico tenga lugar, se coloca dentro de un tubo de vacío, una placa metálica llamado cátodo conectada al polo negativo de la fuente y, por otro lado, conectamos una placa llamada ánodo al polo positivo de la misma fuente. Al iluminar el cátodo puede aparecer una corriente de electrones entre las dos placas y pude medirse mediante el uso de un amperímetro. Se estudiará el efecto fotoeléctrico en diferentes metales (sodio, zinc, cobre, platino, calcio y un metal desconocido). Para todos los metales se sugiere el mismo procedimiento que se explica continuación: 1º. Seleccione el metal en el desplegable. 2º Poner la intensidad de la lámpara al 100%. 3º Calcular la función de trabajo (𝜙) o energía umbral (también llamada trabajo de extracción). Esta es la energía mínima con la que hay que iluminar el metal para arrancarle un electrón. Para calcularla, realizaremos los siguientes pasos: a) Primero calcular la longitud de onda umbral o de corte (λc) (experimental). Primero llevar el selector de longitudes de ondas hasta el valor más alto posible (a la zona del rojo), pues aquí la energía es menor. Luego iremos desplazando el selector hacia la zona UV (mayor energía) lentamente hasta que empiecen a salir electrones del metal. Cuando empiecen a salir, moveremos el selector lentamente hacia una lado y hacia otro para ver donde está realmente el “color o longitud de onda” que produce el efecto fotoeléctrico. El problema es que el selector va de 3 en 3 nm. Para calcularlo más exacto, cuando ya tengamos la zona donde se da el efecto fotoeléctrico, iremos escribiendo la longitud de onda (al escribirla nos permite variarla de 1 en 1 nm). Tendremos la longitud de onda umbral cuando los fotoelectrones salgan muy lentamente y al aumentar la longitud de onda 1nm el efecto no se dé. Por ejemplo: vemos que a 635 no salen electrones, pero a 636 salen, aunque lentos. La longitud de onda umbral será 636nm. Pasamos esta medida a metros (1nm = 10-9 m). 𝝀𝒄 = 𝟔𝟑𝟔 𝐧𝐦 = 𝟔. 𝟑𝟔 × 𝟏𝟎−𝟕 𝐦 𝝀𝒄 = 𝟐𝟖𝟖 𝐧𝐦 = 𝟐. 𝟖𝟖 × 𝟏𝟎−𝟕 𝐦

b) Segundo calcular la frecuencia umbral o de corte (𝒇𝒄 ) (experimental). La relación entre la longitud de una onda y su frecuencia viene dada por la expresión: Frecuencia de corte: 𝒇𝒄 =

𝒄 𝝀𝒄

Ahora bien, aplicando el resultado obtenido en el ítem a) se calcula la frecuencia de corte experimental: 𝟑. 𝟎𝟎 × 𝟏𝟎𝟖 𝐦/𝐬 𝒇𝒄 = = 𝟒. 𝟕𝟏𝟕 × 𝟏𝟎𝟏𝟒 𝐇𝐳 −𝟕 𝟔. 𝟑𝟔 × 𝟏𝟎 𝐦 𝒇𝒄 =

𝟑. 𝟎𝟎 × 𝟏𝟎𝟖 𝐦/𝐬 = 𝟏. 𝟎𝟒𝟏 × 𝟏𝟎𝟏𝟓 𝐇𝐳 𝟐. 𝟖𝟖 × 𝟏𝟎−𝟕 𝐦

Por lo tanto se obtuvo la frecuencia umbral. c) Tercero calcular la función de trabajo experimental (𝜙) Sabiendo que la energía está relacionada con la frecuencia de corte o con la longitud de onda de corte por las siguientes expresiones (ecuación de Planck): 𝒇𝒄 =

𝜙 𝒉

𝒐

𝝀𝒄 =

𝒉𝒄 𝜙

De lo cual:

𝜙 = ℎ 𝒇𝒄

𝒐

𝜙=

𝒉𝒄 𝝀𝒄

Se tendría que la función de trabajo para el elemento seleccionado es: 𝜙=

𝒉𝒄 𝟏𝟐𝟒𝟎 eV ∙ 𝐧𝐦 = = 𝟏. 𝟗𝟒𝟗 𝐞𝐕 = 𝟑. 𝟏𝟐𝟑 × 𝟏𝟎𝟏𝟗 𝑱 𝝀𝒄 𝟔𝟑𝟔 𝐧𝐦

𝜙=

𝒉𝒄 𝟏𝟐𝟒𝟎 eV ∙ 𝐧𝐦 = = 𝟒. 𝟑𝟎𝟓 𝐞𝐕 = 𝟔. 𝟖𝟗𝟔 × 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱 𝝀𝒄 𝟐𝟖𝟖 𝐧𝐦

4º Iluminar el metal con una longitud de onda menor que la umbral, por tanto, con más energía que la necesaria para arrancar los electrones. Lo anterior significa que los electrones arrancados irán más rápidos y llevarán esa energía más que les ha dado el fotón en forma de energía cinética. La energía se conserva y por tanto la energía que llevan los fotones se emplea en parte en arrancar los electrones y el resto en dar velocidad al electrón. La expresión (dada por Einstein) que rige este fenómeno es: 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + 𝜙 De lo cual, la energía cinética de los electrones desprendidos es: 𝐾𝑚𝑎𝑥 = 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 − 𝜙 Donde la energía del fotón es 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = ℎ𝑓 = onda con que se ilumina el metal.

ℎ𝑐 𝝀

, como vemos depende de la longitud de

Entonces, la energía cinética de los electrones desprendidos es: ℎ𝑐 − 𝜙 𝝀 Y generalmente se expresa en eV. Recuerde que en este caso 𝝀 es la longitud de onda utilizada para iluminar el material. 𝐾𝑚𝑎𝑥 =

5º Potencial de frenado. Experimentalmente se puede conocer 𝐾𝑚𝑎𝑥 , para ello aplicaremos un potencial que se oponga al movimiento de los fotoelectrones, de modo que incluso los más veloces se vean frenados y no lleguen al electrodo opuesto. A este potencial se le denomina potencial de frenado y, cuando esto ocurre, la energía que se emplea para frenarlos es igual a la energía cinética de los electrones. Confirmación a través del simulador. El valor de 𝐾𝑚𝑎𝑥 (en eV) que nos ha dado en el apartado anterior, debe ser igual al potencial de frenado en voltios pero opuesto (signo negativo). Para comprobar si los cálculos realizados anteriormente están bien, vamos a la aplicación y en la “pila” (que representa una fuente de potencial variable)

ponemos el valor que hemos obtenido para la energía cinética de los electrones (en eV) y que debe ser el mismo que el potencial de frenado. Al hacerlo veremos que los electrones se ven frenados y que los más rápidos, llegarán hasta el electrodo pero se frenarán y retrocederán justo al límite, sin alcanzar el otro electrodo. Generalmente el potencial de frenado se define como: 𝑉𝑜 = Y esta dado en voltios.

𝐾𝑚𝑎𝑥 𝑒

Procedimiento. A cada estudiante se le asignará un material y con él debe realizar los cálculos experimentales que se solicita en los siguientes tres ejercicios (la asignación del material la realizará el docente asignado a través del correo interno del curso, por lo cual debe estar muy atento a la información que se le suministrará). Es obligatorio cumplimiento que los cálculos los realice con el materia asignado de lo contrario no tendrá validez. También, es necesario que reporte evidencias fotográficas de lo desarrollado. Material 𝑵𝒂 𝒁𝒏

Estudiante Guido Posada

González

𝑪𝒖 𝑷𝒕 𝑪𝒂

Ejercicio 1. Cálculo de la energía umbral. Calcule de manera experimental lo siguiente (revisar proceso mostrado en el apartado de base teórica mostrado anteriormente)

Material 𝑵𝒂 𝒁𝒏 𝑪𝒖 𝑷𝒕 𝑪𝒂

𝒇𝒄 (Hz) 𝝀𝒄 (nm) Valor experimental Valor experimental 288

10.416*10^15

𝝓 (eV) 4.305

Registre evidencia del valor experimental de la longitud de onda de corte encontrada.

Una vez encontrada la función de trabajo experimental, haga una búsqueda de la función de trabajo de corte teórica para el material seleccionado y responda lo siguiente:

1º. Valor teórico de la función de trabajo encontrada:__4.3_____

2º.

Referencia

bibliográfica

de

donde

la

obtiene:____

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/w_efe.pdf________ 3º. Error relativo porcentual entre el valor teórico y el valor experimental de la función de trabajo. 4.3 − 4.305 ∗ 100 = 0.11% 4.3

4º. Obtenga una conclusión de los resultados obtenidos, teniendo en cuenta el error encontrado. Conclusión Como el error encontrado es un porcentaje cercano a cero, por lo cual se concluye que los valores tanto teóricos como experimentales son muy similares. Ejercicio 2. Cálculo de la Energía cinética de los fotoelectrones. Ilumina en la aplicación el metal asignado con la longitud de onda que se da a continuación según el material y obtenga los siguientes resultados de manera teórica y de manera experimental: 𝐾𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 =

ℎ𝑐 −𝜙 𝜆

1240𝑒𝑉𝑥 𝑛𝑚 − 4.305𝑒𝑉 253𝑛𝑚

𝐾𝑚𝑎𝑥 = 0.596𝑒𝑉 0.596𝑒𝑉 𝑥

1.602𝑥10−19 𝐽 = 9.547 𝑥10−20 𝐽 1𝑒𝑉

𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐾𝑚𝑎𝑥 + 𝜙

𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.596𝑒𝑉 + 4.305𝑒𝑉 = 4.901𝑒𝑉 Potencial 𝑉𝑜 =

𝐾𝑚𝑎𝑥 𝑒

9.547 𝑥10−20 𝐽 𝑉𝑜 = 1.602𝑥10−19 𝐶 𝑉𝑜 = 0,59𝑣

𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = −0.60𝑣

Material

𝝀𝒊𝒏𝒄𝒊𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 (nm)

𝑵𝒂 𝒁𝒏

400 253

𝑪𝒖 𝑷𝒕 𝑪𝒂

243 191 354

Energía del fotón incidente (eV) 4.901

𝑲𝒎𝒂𝒙 De los fotoelectrones (eV)

𝑲𝒎𝒂𝒙 De los fotoelectrones (J)

Potencial de frenado (V)

0.596

9.547*10^-20

-0.60

¿Frenan los electrones? SI/NO

Los electrones frenan y cambian de sentido.

Nota 1: La intensidad en el simulador debe estar en 100%. Nota 2: En lo cálculos que debe desarrollar recuerde que se debe utilizar la función de trabajo experimental encontrada en el ejercicios 1. Nota 3: Los resultados experimentales aplica para: 𝑲𝒎𝒂𝒙 en eV (indague en el simulador para encontrar el valor) y potencial de frenado, por lo cual se deben colocar imágenes de dichos resultados.

Registre dos conclusiones de los resultados obtenidos. La energía cinética de los fotoelectrones incidentes la contrarresta el potencial de frenado que es opuesto a este valor expresado en voltios. A medida que disminuye la longitud de onda incidente aumenta la energía cinética de los fotoelectrones.

Ejercicio 3. Influencia de la intensidad luminosa en el efecto fotoeléctrico. Para estudiar el efecto de la influencia luminosa, ir de nuevo al simulador y realizar lo siguiente para el material seleccionado: 1º. Colocar la intensidad luminosa en 0%, 2º. Selecciona el elemento asignado. 3º. Sabemos, por lo hecho en el ejercicio 1, la longitud umbral para el elemento. Poner en el simulador una longitud de onda que sea 1nm mayor que el valor umbral. 4º. Ahora aumentar la intensidad luminosa poco a poco y anota la corriente que pasa por el Amperímetro. Intensidad luminosa Corriente 0 eléctrica

0%

20% 0

40% 0

60% 0

80% 0

100% 0

5º. ¿Qué ha pasado y por qué? 6º. Colocar la intensidad luminosa nuevamente en 0%. 7º. Ahora ajustar una longitud de onda de mayor energía a la umbral (puede seleccionar la que desee pero registrarla aquí: 𝝀 = ____𝟐𝟎𝟎______ 8º. Ahora vuelve a ir aumentando la intensidad luminosa poco a poco y anota la corriente que observas en el Amperímetro. Intensidad 0% luminosa Corriente 0 eléctrica

20%

40%

60%

80%

100%

0.080

0.159

0.239

0.318

0.398

9º. Representa la tabla anterior en una gráfica poniendo en el eje de abscisas la intensidad luminosa y en el eje de ordenadas la corriente eléctrica.

10º. ¿Qué tipo de gráfica obtiene? ¿Qué significa? Se obtiene una gráfica lineal, lo que significa que es directamente proporcional la relación entre la intensidad luminosa y la corriente eléctrica. Colocar evidencia de los procesos anteriores (imágenes claras). Referencias: [1] PhET Interactive Simulations University of Colorado Boulder https://phet.colorado.edu (Todas las simulaciones disponibles en http://phet.colorado.edu son recursos educativos libres que están disponibles bajo la licencia Creative Commons Attribution (CC-BY).) PRÁCTICA LABORATORIO VIRTUAL 2: DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE PLANCK Objetivos.  Calcular la constante de Planck a partir de resultados experimentales.  Seleccionar un material para interactuar y observar el efecto fotoeléctrico.

Introducción: En esta práctica se utilizara la aplicación llamada: Simulador efecto fotoeléctrico [1]. Para entender su funcionamiento o partes del mismo consulte la introducción de la práctica 1. Base Teórica. En el efecto fotoeléctrico, la energía cinética de los electrones desprendidos (conocidos como fotoelectrones) está dada: 𝐾𝑚𝑎𝑥 = 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 − 𝜙 Donde la energía del fotón es, 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = ℎ𝑓 =

ℎ𝑐 𝝀

, como vemos depende de la longitud de

onda con que se ilumina el metal y 𝜙 es la función de trabajo, que es propia de cada material y corresponde a la energía mínima necesaria para extraer un fotoelectrón del material. Procedimiento: Cada estudiante trabajará con el material asignado en la práctica 1, no se aceptan estudiantes con el mismo material o con un material diferente al asignado) y realice lo indicado a continuación. Es necesario que reporte evidencias fotográficas de lo desarrollado. Material

Estudiante 𝑵𝒂 𝒁𝒏

Guido Posada

González

𝑪𝒖 𝑷𝒕 𝑪𝒂

1. En el simulador seleccione el material asignado. 2. Deslice la intensidad de la fuente al máximo (100%). 3. Haga clic en el botón "Mostrar solo electrones de energía más alta". 4. Haga clic en el botón "Energía de electrón frente a frecuencia lumínica". 5. A partir de la longitud de onda umbral encontrada en la práctica anterior, seleccione cinco longitudes de onda diferentes donde ocurre desprendimiento de electrones y registre la siguiente información:

Dato 1 2 3 4 5

𝝀 (𝐧𝐦)

𝒇 (Hz)

250 200 150 120 100

1.125*10^15 1.50*10^15 1.875*10^15 2.625*10^15 3.00*10^15

𝑲𝒎𝒂𝒙 (eV) 0.2 2 4 6 8

6. Representa la tabla anterior en una gráfica poniendo en el eje de abscisas la frecuencia y en el eje de ordenadas la energía cinética.

7. Encuentre la ecuación de la recta. 𝑃0 (1.125 ∗ 1015 , 0.2) 𝑃1 (3.00 ∗ 1015 , 8)

𝑚=

𝑦1 − 𝑦0 8 − 0.2 = = 4.16 ∗ 10−15 𝑥1 − 𝑥0 3.00 ∗ 1015 − 1.125 ∗ 1015

Ecuación punto-pendiente 𝑃1 (3.00 ∗ 1015 , 8) 𝑚 = 4.16 ∗ 10−15 𝑦 − 𝑦1 = 𝑚(𝑥 − 𝑥1 ) 𝑦 − 8 = 4.16 ∗ 10−15 (𝑥 − 3.00 ∗ 1015 )

𝑦 = 4.16 ∗ 10−15 𝑥 − 4.5 8. Asocie la ecuación de la recta con la ecuación de la energía cinética para los fotoelectrones y encuentre la constante de Planck experimental. 𝐾𝑚𝑎𝑥 = 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 − 𝜙 𝑦 = 4.16 ∗ 10−15 𝑥 − 4.5 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = ℎ𝑓 𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 4.16 ∗ 10−15 𝑥 9. Con la relación anterior encuentre la constante de Planck y compárela con el valor teórico dado por: 4,1356×10-15 eV*s. La constante de Planck experimental en base a esta relación es 𝟒. 𝟏𝟔 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟓 y es muy similar con el valor teórico dado 4,1356×10-15 10. Obtenga el error porcentual entre el valor teórico y el valor experimental. 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜

4.1356 ∗ 10−15 − 4.16 ∗ 10−15 ∗ 100 = 0.59% 4.1356 ∗ 10−15

11. ¿Qué conclusión obtiene de lo desarrollado? El error porcentual es cercano a cero por lo tanto es confiable el valor experimental.

Referencias: [1] PhET Interactive Simulations University of Colorado Boulder https://phet.colorado.edu (Todas las simulaciones disponibles en http://phet.colorado.edu son recursos educativos libres que están disponibles bajo la licencia Creative Commons Attribution (CC-BY).)

PRÁCTICA LABORATORIO VIRTUAL 3: EFECTO TÚNEL

Objetivos:  Comprender el efecto túnel a través de una barrera de potencial de manera experimental.  Reconocer la importancia de dicho fenómeno en los desarrollos o aplicaciones tecnológicas.  Determinar las características importantes para que ocurra el efecto túnel. Introducción: Para el uso y/o manejo del simulador virtual que se desarrollará en esta práctica de laboratorio virtual consulte los siguientes pasos: 1. El simulador para su funcionamiento necesita Java, sino lo tiene instalado en su computador descargue e instale Java desde el siguiente enlace: https://www.java.com/es/download/ 2. En el entorno de aprendizaje práctico ingrese a “Simuladores del curso” y luego descargue el simulador desde el enlace llamado Simulador efecto túnel [1]. 3. Cuando este descargando el simulador pueden aparecer advertencias como las siguientes:

Es de aclarar que el archivo no daña el computador y puede descargarlo normalmente haciendo clic en “Descargar”. 4. Una vez descargado podrá abrirlo y visualizar aspectos como los siguientes: 

Permite variar los parámetros de energía (E y U) y de longitud (L) de la barrera de potencial.

 Permite visualizar los valores de energía introducidos y los valores experimentales de los coeficientes de Reflexión y transmisión, esto al seleccionar las dos casillas respectivas.  Visualización de potencial seleccionado, las energías utilizadas y el ancho de la barrera de potencial. De color morado es la forma de la barrera de potencial o de la energía potencial (U) que consta de tres regiones, dos laterales y una central; y de color verde es la forma de la energía E 

Espacio donde se visualizará los resultados de los coeficientes T y R para las características de la barrera de potencial seleccionada.

Base Teórica: Cuantitativamente la probabilidad de tunelamiento, es decir que una partícula atraviese una barrera de potencia que tiene la forma que se muestra en la Figura 1, se describe a través de los coeficientes de transmisión (T) y reflexión (R).

Figura 1. Forma de la energía potencial U para una barrer de potencial.

Así, Coeficiente de transmisión (T) se define como la probabilidad de que la partícula penetre al otro lado de la barrera y Coeficiente de reflexión (R) como la probabilidad de que la partícula sea reflejada por la barrera. No obstante, la suma de estos dos coeficiente da la probabilidad total de encontrar la partícula T+R=1. Para calcular el coeficiente de transmisión, se debe analizar si la energía potencia de la barrera (U) es mayor que la energía de la partícula (E) y viceversa, por lo cual existen dos casos para obtener dicho parámetro así:

Figura 2. Cálculo del coeficiente de transmisión para cuando U>E y para cuando E>U.

Procedimiento: 1. Para el desarrollo de la práctica del efecto túnel, cada estudiante debe trabajar con los datos asignados, los cuales los encontrará en la tabla Anexo 2 Tarea 4 GXX (El anexo lo entregará el docente asignado a través del correo interno del curso, por lo cual debe estar muy atento a la información que se le suministrará). Es obligatorio que cada estudiante trabaje con los datos que se asignan por parte del docente, ya que de lo contrario no tendrá validez alguna los desarrollos presentados. 2. Realice el siguiente ejercicio para cada conjunto de datos seleccionados: Enlace webconferencia: http://bit.ly/2pqKVhS

Un electrón de 𝒅𝟏 eV encuentra una barrera de 𝒅𝟐 eV de altura .Si el ancho de la barrera es 𝒅𝟑 nm (Figura 1), encuentre la probabilidad de trasmisión (T) y reflexión

(R). *Recuerde que los valores de 𝒅𝟏 , 𝒅𝟐 y 𝒅𝟑 se encuentran en la tabla de datos generada.

Figura 3: Esquema de la barrera de potencial. 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛 0,76 eV = 𝐸 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 0,81 eV = 𝑈 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 0,2 nm = 𝐿 Para saber cuál formula utilizar analizamos 𝑈 𝑦 𝐸, tenemos que 𝑈 > 𝐸 −1

𝑠𝑖𝑛ℎ2 (𝑘𝐼𝐼 𝐿) 𝑇 = [1 + ] 𝐸 𝐸 4 𝑈 (1 − 𝑈) √2𝑚(𝑈 − 𝐸) 𝑘𝐼𝐼 = ℏ Tenemos: 𝐸 = 0,76 𝑒𝑉 = 1,217𝑥10−19 𝑗 𝑈 = 0,81 𝑒𝑉 = 1,297𝑥10−19 𝑗 𝐿 = 0,2 𝑛𝑚 = 0,2𝑥10−9 𝑚 𝑚 = 9,11𝑥10−31 𝑘𝑔 ℏ = 1,055𝑥10−34 𝐽𝑠 √2𝑚(𝑈 − 𝐸) 𝑘𝐼𝐼 = ℏ √2(9,11𝑥10−31 𝑘𝑔)(1,297𝑥10−19 𝑗) − (1,217𝑥10−19 𝑗) 𝑘𝐼𝐼 = 1,055𝑥10−34 𝐽𝑠 √1,822𝑥10−30 𝑘𝑔 ∗ 8𝑥10−21 𝑗 𝑘𝐼𝐼 = 1,055𝑥10−34 𝐽𝑠 √1,457𝑥10−50 𝑘𝐼𝐼 = 1,055𝑥10−34 1,207𝑥10−25 𝑘𝐼𝐼 = 1,055𝑥10−34 𝑘𝐼𝐼 = 1,1440𝑥109 𝑚−1 −1

𝑠𝑖𝑛ℎ2 (𝑘𝐼𝐼 𝐿) 𝑇 = [1 + ] 𝐸 𝐸 4 𝑈 (1 − 𝑈)

−1 2

9

−1 )(0,2𝑥10−9

𝑠𝑖𝑛ℎ ((1,1440𝑥10 𝑚 0,76 𝑒𝑉 0,76 𝑒𝑉 4 0,81 𝑒𝑉 (1 − 0,81 𝑒𝑉 ) −1 𝑠𝑖𝑛ℎ2 (0,2288) 𝑇 = [1 + ] 3,753 ∗ 0,061 0,053 −1 𝑇 = [1 + ] 0,2289 −1 𝑇 = [1,231] 𝑇 = [1 +

𝑚)) ]

𝑇 = 0,812 = 81,2%

𝑇+𝑅 =1 0,812 + 𝑅 = 1 𝑅 = 1 − 0,812 𝑹 = 𝟎, 𝟏𝟖𝟖 = 𝟏𝟖, 𝟖% 𝑻 = 𝟎, 𝟖𝟏𝟐 = 𝟖𝟏, 𝟐%

3. Para cada ejercicio utilice el simulador y compruebe los resultados.

4. Encuentre el error relativo porcentual entre los valores teóricos y los experimentales.

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =

0,812 − 0,81 ∗ 100 = 0,24% 0,812

5. ¿Qué puede concluir de los anteriores resultados? El error porcentual es cercano a cero por lo tanto es confiable el valor experimental Existe el 81,2% de probabilidad de que la partícula penetre al otro lado de la barrera. Y el 18,8% de que la partícula sea reflejada por la barrera. Referencias: [1]PhET Interactive https://phet.colorado.edu

Simulations (Todas

University of Colorado Boulder las simulaciones disponibles

en http://phet.colorado.edu son recursos educativos libres que están disponibles bajo la licencia Creative Commons Attribution (CC-BY).)  Entorno de aprendizaje práctico (consultar guía y simuladores). Entorno para su desarrollo:  Entorno de seguimiento y evaluación (entrega del informe individual) Desarrollo de las prácticas virtuales, las cuales tendrá que Productos a presentar en un documento en Word en el formato de entregar por el presentación de la tarea 4 (Anexo 3), como se establece a estudiante: continuación. Tipo de No se entrega ningún Individual x Colaborativo producto: producto Individual: Informe de la actividad en un único archivo en formato PDF que será entregado en el entorno de seguimiento y evaluación, de manera individual. Todo el contenido del informe se desarrolla y presenta en el formato de presentación de la tarea 4 (Anexo 3). El informe debe contener cada uno de los elementos y estricto orden que se presenta a continuación:   



Portada. En la portada se debe incluir el nombre del tutor asignado, el número de grupo y los nombres y códigos del estudiante. Introducción. En la introducción se manifiesta la importancia de la realización de la tarea 4 o actividad práctica virtual. Desarrollo de las tres prácticas de laboratorio virtual. Los productos que se calificarán en este parte del informe son las siguientes:  Procedimiento y respuestas de cada una de las prácticas.  Evidencia a través de copia de pantalla de los resultados obtenidos en los simuladores virtuales utilizados de cada práctica, deben ser visibles y corresponder con lo desarrollado.  Cálculos teóricos donde aplique. Referencias bibliográficas. Hoja independiente al resto del documento, ubicada al final del trabajo, en la que el grupo presenta las referencias bibliográficas, según las normas APA. Cada estudiante debe aportar con por lo menos una referencia bibliográfica.

Después de que el trabajo contenga todos los elementos solicitados anteriormente, cada estudiante debe subir el archivo en el entorno de seguimiento y evaluación del aprendizaje, en el recurso tarea llamado: Tarea 4 - Prácticas virtuales.

Título del archivo: El nombre del archivo del informe final, debe tener el siguiente esquema: “Tarea4_Gnúmero_grupo_nombre_Apellido”; por ejemplo, para el caso del grupo 50, entonces, el archivo debe llamarse así: “Tarea4_G50_Carlos_Pacheco”.

3. Lineamientos generales del trabajo individual para el desarrollo del componente práctico

Las referencias bibliográficas o citas, comprenden el listado completo de los materiales consultados por el estudiante para documentar su trabajo. Es obligatorio incluirla. Las bibliografías se escriben según el modelo (la entrada principal será el autor. Se escribe primero los APELLIDOS en mayúsculas fijas, nombre con mayúscula inicial. Título, ciudad de edición, editorial, año de publicación y número de páginas). Ejemplos:

Uso de referencias

Para libros: APELLIDO (S), Nombre. Título: Subtitulo. Número de edición (diferente a la primera). Ciudad de publicación: editorial, año de publicación. Paginación (serie) LOPEZ CASTAÑO. Hugo. El comportamiento de la oferta. Bogotá: escala, 2000. 129p. Para artículo de Periódico: APELLIDO (S), Nombre. Nombre del artículo. En: nombre del periódico. Ciudad: (fecha de publicación), Pagina. CARVAJAL CRESPO. Tobías. Los años que se fueron. En: El espectador. Bogotá: (16 sept, 2003), P.2c. Para articulo Web: APELLIDO, Nombre. Titulo. {En línea}. Fecha. {Fecha de consulta}. Disponible en….

MARQUEZ DE MELO, José “Comunicación e integración latinoamericana: El papel de ALAIC”. {En línea}. {10 julio de 2008} disponible en: (www.mty.itsem.mx/externos/alaic/texto1html). Para tesis: APELLIDO, Nombre. Titulo. Ciudad, año, páginas. Trabajo de grado (titulo). Universidad. Facultad. Departamento. BERRQUET MARIMON, Félix. Experiencia de iniciaciones cultura investigativa con estudiantes de pregrado desde un semillero de investigación. Medellín, 2007, 117p. Trabajo de investigación (magíster en educación con énfasis en pedagogía y diversidad cultural). Universidad de Antioquia. Facultad de educación. Para artículo de revista: APELLIDO, Nombre. Título del artículo. En: Nombre de la revista. Vol., No (mes abreviado, año); Pág. FLECHA, Ramón. H. Giroux o la solidaridad. En: Cuadernos de pedagogía. Vol.; 2. No 198 (Ago-Sep.1991); p. 15-20.

Políticas de plagio

Para un autor institucional: INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACION. Compendio, tesis y otros trabajos de grado. Quinta Actualización. Bogotá. ICONTEC, 2002. En el acuerdo 029 del 13 de diciembre de 2013, artículo 99, se considera como faltas que atentan contra el orden académico, entre otras, las siguientes: literal e) “El plagiar, es decir, presentar como de su propia autoría la totalidad o parte de una obra, trabajo, documento o invención realizado por otra persona. Implica también el uso de citas o referencias faltas, o proponer citad donde no haya coincidencia entre ella y la referencia” y liberal f) “El reproducir, o copiar con fines de lucro, materiales educativos o resultados de productos de investigación, que cuentan con derechos intelectuales reservados para la Universidad. Las sanciones académicas a las que se enfrentará el estudiante son las siguientes: a) En los casos de fraude académico demostrado en el trabajo académico o evaluación respectiva, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0) sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente.

b) En los casos relacionados con plagio demostrado en el trabajo académico cualquiera sea su naturaleza, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0), sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente

4. Formato de Rubrica de evaluación

Nota: Si el estudiante no participa en alguna de las prácticas la nota para el respectivo item es de cero puntos.

Formato rúbrica de evaluación Tipo de Actividad Actividad x actividad: individual colaborativa Momento de la Intermedia, Inicial x Final evaluación unidad: 2 y 3 Niveles de desempeño de la actividad individual Aspectos Puntaje evaluados Valoración alta Valoración media Valoración baja El estudiante aplica El estudiante los principios físicos El estudiante identifica el efecto del efecto identifica y aplica fotoeléctrico, sin fotoeléctrico a correctamente el embargo, se través del uso de efecto fotoeléctrico, evidencian falencias Efecto simuladores a través del uso de cuando debe fotoeléctric virtuales, sin simuladores aplicarlos a o mediante embargo se 40 virtuales. Además situaciones el uso de evidencian algunas obtiene de manera prácticas o no hace simuladore falencias en el correcta todos los evidencia del s virtuales análisis y parámetros desarrollo de los presentación de los solicitados de la parámetros parámetros práctica 1. solicitados en la solicitados en la práctica 1. práctica 1. Determinac ión de la constante de Planck de manera experiment al

(Hasta 40 puntos)

(Hasta 25 puntos)

(Hasta 15 puntos)

El estudiante determina de manera correcta la constante de Planck utilizando los procedimientos

El estudiante determina la constante de Planck, pero existen falencias en sus resultados o no utiliza los

El estudiante no determina la constante de Planck mediante los procedimientos adecuados.

20

descritos en práctica 2.

la procedimientos descritos en práctica 2.

(Hasta 20 puntos)

la

(Hasta 13 puntos)

(Hasta 7 puntos)

El estudiante comprende el concepto de tunelamiento a través de una barrera y los aplica correctamente en el simulador virtual.

El estudiante comprende el efecto de tunelamiento a través de una barrera, sin embargo, comete errores cuando las aplica al utilizar el simulador virtual.

El estudiante tiene dificultades pues no aplica correctamente el concepto de tunelamiento a través de una barrera en la solución del desarrollo de los ejercicios a través del uso del simulador virtual.

(Hasta 20 puntos)

(Hasta 13 puntos)

(Hasta 7 puntos)

La presentación es excelente, se tuvieron en cuenta el 100% de los Presentació requerimientos ny solicitados en la contenido guía de del informe actividades. final.

Aunque el documento presenta una estructura base, no contiene todos los elementos solicitados en la guía de actividades.

El trabajo no contiene los elementos solicitados en la guía de actividades, ni tampoco las normas básicas para la presentación del mismo.

(Hasta 9 puntos)

(Hasta 4 puntos)

Aplicación del concepto tunelamien to a través de una barrera en la resolución de problemas haciendo uso de simuladore s virtuales

(Hasta 15 puntos)

Calificación final

20

15

95