Cien años de mecánica cuántica

Propuesta de actividades basadas en el descubrimiento de Max Planck sobre la Teoría de la Ley de Distribución de Energía en el Espectro Continuo hace ahora cien años.

Noticia de referencia:

El País: 13 de diciembre de 2000 (Futuro)

 
Planteamiento

Objetivo general:

A partir de esta actividad, los alumnos estudiarán teorías antecesoras de la física moderna y su influencia en la actual tecnología. Concretamente, analizarán el problema de la radiación del cuerpo negro y las hipótesis de Planck que han supuesto, en el último siglo, una auténtica revolución en el conocimiento y predicción de todos los fenómenos físicos.

Autores:

José Ignacio Bejarano, profesor de Física del Colegio Lourdes (Madrid).
Inés Martínez, Editorial Santillana.

Nivel y curso:

2º curso de Bachillerato.

Áreas:

Física.

Tiempo sugerido:

Una sesión de 60 minutos.

Objetivos:

Los alumnos y las alumnas serán capaces de:

  • Conocer e interpretar la Ley de Distribución Espectral, para la radiación emitida por un cuerpo, propuesta por Planck en 1900.
  • Manejar el modelo matemático que soporta esta teoría, así como representar gráficamente la función interpretando la gráfica.
  • Buscar y seleccionar información específica a partir de bibliografía especializada y en Internet.
  • Valorar el trabajo en equipo, así como la contribución de la física moderna al progreso del ser humano.
  • Ampliar su vocabulario científico elaborando un glosario concreto de la actividad.

Materiales:

  • Acceso a Internet.
  • Enciclopedia de Ciencia y Tecnología.
  • Diccionarios técnicos.
  • Libros de texto de Física de 2º curso de Bachillerato.

 


Desarrollo


Actividades de comprensión:

  1. A partir de la lectura de referencia, los alumnos -divididos previamente en grupos de cuatro personas como máximo- deberán analizar los términos científicos del texto: distribución, espectro, absorción, emisión, radiación, cuanto, infrarrojo, cuerpo negro, mecánica cuántica, constante de Planck, transistor, láser y resonancia magnética. A continuación, tendrán que elaborar un listado con sus definiciones a partir del material de la biblioteca de aula.

  2. Esta actividad se basa en la búsqueda directa de información acerca de la hipótesis de Planck encontrando e interpretando la expresión matemática de la función de distribución espectral del cuerpo negro ideal. Para realizar esta actividad tienen que consultar sus libros de texto de Física y algunos manuales de la biblioteca de aula.

  3. Esta actividad de comprensión consiste en completar el siguiente cuadro, tras leer atentamente el texto de referencia y efectuar la actividad anterior. Señala si son verdaderas (V) o falsas (F) las afirmaciones que se realizan:

     

    V

    F

    El 18 de diciembre de 1900 Planck expuso su Teoría acerca de la emisión energética de los cuerpos.

       

    Un objeto cuyo color sea blanco refleja menos radiación que uno de color oscuro.

       

    El hierro cuando toma un color blanco se encuentra a una temperatura superior que cuando se encuentra al rojo.

       

    La forma de la distribución espectral varía con la temperatura del cuerpo.

       

    Cuando aumenta la temperatura, la longitud de onda máxima se desplaza en la gráfica P- hacia la izquierda: disminuye.

       

    Según la hipótesis complementaria de Planck, el número de osciladores de baja frecuencia es siempre inferior al de osciladores de alta frecuencia.

       

Actividades individuales de aplicación:

  1. La longitud de onda en la que es máxima la emisión de radiación de Vega, estrella azulada de constelación Lira, es de 282 nm. Calcula, utilizando la ley del desplazamiento de Wien, la temperatura a la que se encuentra su superficie.

  2. Calcula la relación entre la energía emitida por un cuerpo negro a 1500 K y a 300 K.

  3. Calcula el número de fotones por unidad de tiempo que emite una lámpara, cuya potencia de emisión es de 60 W, si la longitud de onda de la luz emitida es de 590 nm.

Sugerencias para el debate:

¿Qué magnitud pensáis que tiene el alcance predictivo de la mecánica cuántica y su influencia en nuestra calidad de vida actual?

¿Podríais comentar cuál era la situación de la comunidad científica a finales del pasado siglo y cuál pensáis que fue el caldo de cultivo y el detonante de la física moderna?

Otras actividades sugeridas:

  1. Elabora una tabla de valores a partir de la ley de distribución espectral de Planck para diferentes temperaturas (3000, 5000, 6000, 7000 K) y representa gráficamente esos valores comprobando cómo se desplaza el máximo de .

  2. Busca información (en este momento hay mucha en Internet a causa del centenario) y redacta un comentario acerca de las teorías antecesoras a la de Planck y los físicos implicados en las mismas.

  3. Elabora un listado de aplicaciones concretas actuales de la mecánica cuántica en distintos campos de la ciencia, completando el listado con una breve explicación de cada una de ellas.

Para saber más:

Asociación Ciencia hoy
http://www.cienciahoy.org/linkfisi.htm

Planck y la revolución cuántica
http://fisteo.uv.es/catala/planck/planck.html

© 2000 Santillana