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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.
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Desarrollo
Actividades de comprensión:
- 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.
- 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.
- 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:
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V |
F |
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El 18 de diciembre de 1900 Planck expuso su
Teoría acerca de la emisión energética de los cuerpos.
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Un objeto cuyo color sea blanco refleja
menos radiación que uno de color oscuro. |
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El hierro cuando toma un color blanco se
encuentra a una temperatura superior que cuando se encuentra
al rojo. |
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La forma de la distribución espectral varía
con la temperatura del cuerpo. |
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Cuando aumenta la temperatura, la longitud
de onda máxima se desplaza en la gráfica P- hacia la
izquierda: disminuye. |
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Según la hipótesis complementaria de
Planck, el número de osciladores de baja frecuencia es
siempre inferior al de osciladores de alta frecuencia.
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Actividades individuales de
aplicación:
- 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.
- Calcula la relación entre la energía emitida por un cuerpo
negro a 1500 K y a 300 K.
- 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:
- 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
.
- 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.
- 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
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