Diferencia entre revisiones de «EXPERIM2-Prácticas disponibles»

De Física Experimental IB
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|align="left"|[[#EIT | Tomografía por Impedancia Eléctrica]]|| || || ||X|| ||X||style="background-color:white;"| 
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=== <span id="levitacion">Levitación magnética - Corrientes de Foucault</span> ===
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=== <span id="levitacion">Corrientes de Foucault - Levitación y arrastre magnéticos</span> ===
  
: Al someter un metal a un campo magnético variable en el tiempo se inducen corrientes que tratan de oponerse a estos cambios (ley de Faraday). Al mismo tiempo, las corrientes inducidas interactuan con el mismo campo magnético dando orígen a una fuerza entre el metal y la fuente del campo. Este es el principio de funcionamiento de los frenos y de la levitación magnética. En este experimento se mide la fuerza entre un imán permanente y un disco meálico (cobre, bronce, aluminio, hierro) que gira a velocidad controlada. Se estudia la dependencia de esta fuerza con los parámetros controlables como distancia entre disco de metálico y el imán, velocidad angular del disco, etc.
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: Al someter un metal a un campo magnético variable en el tiempo se inducen corrientes que tratan de oponerse a estos cambios (ley de Faraday). Estas correntes inducidas, a su vez, interactúan con el mismo campo magnético que las produce dando orígen a una fuerza entre el metal y la fuente del campo. Este es el principio de funcionamiento de los frenos y de la levitación magnética. En este experimento se mide la fuerza entre un imán permanente y un disco metálico (cobre, bronce, aluminio, hierro) que gira a velocidad controlada. Se estudia la dependencia de las fuerzas de repulsión y de arrastre con los parámetros controlables, tales como distancia entre disco metálico e imán, velocidad angular del disco, etc.
 
'''Bibliografía:'''
 
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* M. Mancuso ''et al'', ''Magnetic drag in the quasi‐static limit: A computational method'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16623 Am. J. Phys. '''59''' (1991) 1118.]
 
* M. Mancuso ''et al'', ''Magnetic drag in the quasi‐static limit: A computational method'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16623 Am. J. Phys. '''59''' (1991) 1118.]
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*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
 
*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
  
=== <span id="plasmones">Plasmones superficiales en películas delgadas</span> ===
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=== <span id="plasmones">Plasmones superficiales en películas delgadas metálicas</span> ===
  
: En un metal, los electrones se encuentran libres de moverse por todo el material, formando una especie de "gelatina" de carga negativa. Los iones, en cambio, se encuentran básicamente fijos a las posiciones de la red cristalina. La "gelatina" electrónica puede entonces moverse respecto al "fondo" iónico formando zonas de mayor o menor densidad de carga. Estos movimientos toman forma de onda y son conocidos como plasmones. En una interfaz vacío-metal o dieléctrico-metal existe una variante de estos modos que se conoce como plasmones de superficie. En este experimento se deposita una película delgada  metálica sobre la hipotenusa de un prisma recto y se estudia la reflectancia del sistema al hacer penetrar un haz de luz por una cara del prisma. Si el ángulo de incidencia sobre la hipotenusa es mayor que el ángulo de reflexión total y no está presente la película metálica, la reflectancia es 1 independientemente del ángulo. Si la película metálica está presente, se observa en un ángulo determinado que la reflectancia cae abruptamente a un valor bajo. Esta caida indica que la luz está siendo absorbida por el plasmón superficial. El ángulo donde se produce el pico de absorción y sus características de profundidad y ancho dependen de las propiedades de la peícula y de la longitud de onda de la luz utilizada.
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: En un metal, los electrones se mueven libremente por el material. La densidad de carga negativa es, en general, uniforme. Los iones, en cambio, se encuentran básicamente fijos a las posiciones de la red cristalina. La densidad de carga electrónica puede entonces "deformarse" con respecto al "fondo" iónico formando zonas de mayor o menor densidad de carga. Estas deformaciones evolucionan en el tiempo tomando forma de onda, en forma análoga a las ondas elásticas de un trozo de gelatina, y son conocidos como "plasmones". En una interfaz vacío-metal o dieléctrico-metal existe una variante de estos modos que se conoce como plasmones superficiales, que son ondas localizadas en la superficie, evanescentes en la dirección perpendicular a la misma. En este experimento se estudian los plasmones superficiales de películas delgadas metálicas (Ag, Au) depositadas sobre la hipotenusa de un prisma recto de vidrio o sobre la cara recta de un semicilindro de vidrio. Para ello se excitan los plasmones superficiales haciendo incidir un haz laser sobre la película desde el prisma y se estudia la intensidad reflejada. Cuando se logra excitar el modo de plasmón superficial ajustando el ángulo de incidencia, se observa una fuerte absorción de energía como una fuerte disminución en la intensidad reflejada.  
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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* J.D. Swalen ''et al'', ''Plasmon surface polariton dispersion by direct optical observation'',  [http://dx.doi.org/10.1119/1.12334 Am. J. Phys. '''48''' (1980) 669.]
 
* J.D. Swalen ''et al'', ''Plasmon surface polariton dispersion by direct optical observation'',  [http://dx.doi.org/10.1119/1.12334 Am. J. Phys. '''48''' (1980) 669.]
  
=== <span id="adsorcion">Adsorción de gases en sólidos</span> ===
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=== <span id="adsorcion">Adsorción de gases en sólidos microporosos</span> ===
  
: Cuando un gas es puesto en contacto con un sólido, existe una probabilidad no nula que las moléculas del primero se adhieran a la superficie del último. Este fenómeno, conocido como adsorción, ocurre en la vida diaria y adeás es ampliamente utilizado en aplicaciones sofisticadas. Por ejemplo, se utiliza para eliminar olores en la cocina adsorbiendo las moléculas en un filtro de "carbón activado" y por otro lado es un método extremadamente limpio para hacer vacío en un recinto. Esta probabilidad de adsorción sobre una superficie sólida es un fenómeno que depende de la temperatura, de la masa de las moléculas del gas interviniente y de las propiedades de la superficie del sólido. En ciencia de materiales hay grandes líneas de investigación dedicadas a encontrar materiales con una alta superficie, para este fin se diseñan sólidos con cavernas y cavidades y también se trabaja sobre materiales con tamaños de partículas en la escala del nanómetro. Uno de la familia de materiales utilizados para adsorción física, se conocen con el nombre de "zeolitas". Utilizando uno de estos materiales, que posee una superficie específica muy alta, con gran porosidad, se miden "isotermas de adsorción" (cantidad de moles de gas adsorbido en función de presión del gas a T constante), para difrentes gases y temperaturas.
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: Cuando un gas es puesto en contacto con un sólido, existe una probabilidad no nula que las moléculas del primero se adhieran a la superficie del último. Este fenómeno, conocido como adsorción, es ampliamente utilizado en aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, se utiliza para eliminar olores en la cocina adsorbiendo las moléculas en un filtro de "carbón activado" o como un método extremadamente limpio para hacer vacío en un recinto, reteniendo las moléculas de aire en el material microporoso. Estos materiales entre los que destacan las zeolitas y el carbón activado, son de gran interés en el área de la catálisis. La probabilidad de adsorción sobre una superficie sólida depende de la temperatura, de la masa de las moléculas del gas y de las propiedades de la superficie del sólido. En particular la microporosidad resulta en áreas efectivas del material realmente enormes, del orden de decenas de metros cuadrados por gramo. Existen grandes líneas de investigación dedicadas a encontrar materiales con una alta superficie efectiva, por medio del diseño de sólidos con micro-cavidades o en forma de nano-particulas. En esta práctica se miden las "isotermas de adsorción" (cantidad de moles de gas adsorbido en función de presión del gas a T constante), para zeolita odiferentes gases y temperaturas.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="superconductividad">Superconductividad y Termodinámica</span> ===
 
=== <span id="superconductividad">Superconductividad y Termodinámica</span> ===
  
: En 1911, Kamerling Ones y sus estudiantes descubrieron que para algunos materiales por debajo de cierta temperatura crítica, Tc, la resistencia eléctrica se anula. Este fenómeno, conocido como superconductividad, ha sido objeto de estudio desde ese momento. Hasta 1986, la mayor Tc conocida era de aproximadamente 20 K, lo que constituye un limitante serio para la aplicación tecnológica de la superconductividad. En ese año se descubrió el primero de una serie de compuestos con Tc’s más altas, y que hoy en día llegan hasta 160K. Estos compuestos, usualmente conocidos como "High-Tc" son óxidos complejos que pueden prepararse en forma cerámica o monocristalina. En este experimento se mide la resistencia en función de temperatura para muestras de High-Tc, observándose el fenómeno de pérdida de resistencia y su dependencia con un campo magnético aplicado.
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: En 1911, Kammerling Ones y sus estudiantes descubrieron que para algunos materiales la resistencia eléctrica se anula por debajo de la temperatura crítica, Tc, dependiente del material en sí. Este fenómeno, si bien sorprendente, no es la característica más fundamental de la superconductividad. Esta es el llamado efecto Meissner, que consiste en la expulsión completa del campo magnético de un superconductor, convirtiéndolo en un diamagneto perfecto. En esta práctica estudiamos la transición de fase entre el estado normal y superconductor de una muestra de Indio. Se interpretan los resultados en función de un modelo termodinámico, mostrando que la transición es de primer orden y prediciendo los valores del calor específico.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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* E.A. Lynton ''Superconductivity'', Wiley [1962]
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=== <span id="skin-depth">Susceptibilidad alterna en conductores- Skin depth</span> ===
 
=== <span id="skin-depth">Susceptibilidad alterna en conductores- Skin depth</span> ===
  
: Cuando un campo variable en el tiempo actúa sobre una interface metálica, en la misma se inducen corrientes que tratan de apantallar este campo. Esto se debe a la ley de inducción de Faraday, conjuntamente con la ley de Ohm. Este apantallamiento se produce en una distancia característica que depende de la conductividad eléctrica del material y de la frecuencia del campo aplicado. Esta distancia es conocida como "skin depth". En este experimento se mide el skin depth para Cu y su dependencia en frecuencia. Para ello se estudia la respuesta en frecuencia de un bobinado en el cual se inserta un cilindro de Cu. Este cilindro, por lo discutido anteriormente, apantalla el campo dentro del bobinado, cambiando su área efectiva, y por lo tanto su autoinductancia. En base a la diferencia de respuesta entre tener o no el cilindro de Cu se estudia el fecto de apantallamiento.
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: Cuando un campo variable en el tiempo actúa sobre una interface metálica, en la misma se inducen corrientes que tratan de apantallar este campo. Esto se debe a la ley de inducción de Faraday, conjuntamente con la ley de Ohm. Este apantallamiento se produce en una distancia característica que depende de la conductividad eléctrica del material y de la frecuencia del campo aplicado, distancia conocida como "skin depth". En este experimento se mide el skin depth para Cu y su dependencia en frecuencia. Para ello se estudia la respuesta en frecuencia de un bobinado en el cual se inserta un cilindro de Cu. Este cilindro, por lo discutido anteriormente, apantalla el campo dentro del bobinado, cambiando su área efectiva, y por lo tanto su autoinductancia. En base a la diferencia de respuesta entre la bobina y la bobina con el cilindro de Cu en su interior se estudia el efecto de apantallamiento y se obtiene el skin depth.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="diodo">Juntura semiconductora: Medición del gap de energía </span> ===
 
=== <span id="diodo">Juntura semiconductora: Medición del gap de energía </span> ===
  
: Una juntura semiconductora, comunmente conocida como diodo, consiste en la unión de dos materiales semiconductores de diferente densidad de portadores de corriente eléctrica. Esto produce el conocido efecto de no-linealidad de conducción, que se debe a campos eléctricos internos generados en la juntura. Además, en un semiconductor la cantidad de electrones en condiciones de conducir una corriente eléctrica es función de temperatura. Esto se debe a que los mismos, debido a que están dentro de un sólido y no en el vacío, tienen un rango de energías prohibido. Este "gap" de energía funciona como una barrera que debe ser saltada para que los electrones puedan conducir una corriente. La probabilidad que este salto se produzca depende de temperatura y este es el orígen de la variación con temperatura del número de portadores. En este experimento se mide resistencia versus temperatura y corriente para un diodo comercial. En base a esas mediciones se extrae información respecto al valor del gap.
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: Una juntura semiconductora, comunmente conocida como diodo, consiste en la unión de dos materiales semiconductores dopados con iones que provocan exceso de portadores libres negativos (electrones) en uno de ellos y positivos (huecos) en el otro. Esta asimetría intrínseca en el dispositivo produce el conocido efecto de no-linealidad de conducción, debido a campos eléctricos internos generados en la juntura. Por otro lado, en un semiconductor la cantidad de electrones en condiciones de conducir una corriente eléctrica es función de temperatura. Esto se debe a que los mismos están dentro de un sólido y tienen un rango de energías prohibido. Esta brecha ó "gap" de energía funciona como una barrera que debe ser saltada para que los electrones puedan conducir una corriente. La probabilidad que este salto se produzca depende de temperatura. En este experimento se miden las curvas corriente-voltaje de un diodo comercial en función de temperatura. En base a esas mediciones se extrae información respecto al valor del gap.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
'''Bibliografía:'''
 
* N.W. Ashcroft, ''Solid State Physics'' (Holt, Rinehart & Winston, Nueva York, 1976).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=50&total=90&cid=filecAgmjP Biblioteca]
 
* N.W. Ashcroft, ''Solid State Physics'' (Holt, Rinehart & Winston, Nueva York, 1976).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=50&total=90&cid=filecAgmjP Biblioteca]
  
=== <span id="fuchs">Resistividad y reflectividad ''versus'' espesor en películas delgadas metálicas</span> ===
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=== <span id="fuchs">Resistividad y reflectividad en función de espesor en películas delgadas metálicas</span> ===
  
: Crecer un film sobre un sustrato implica depositar material en forma macroscópicamente homogenea. A nivel microscópico, si este material se depositará en forma homogenea o en forma de islas depende de las propiedades del material depositado y de la superficie sobre la que se deposita. Esto afectará, obviamente, las propiedades físicas del film. Por ejemplo, si el material depositado es metálico, pero crece en forma de islas y la cantidad depositada no alcanza para que estas se toquen entre sí, la conductividad eléctrica no percola y el film macroscópico es aislador. Además, aún en el caso en que el film sea homogeneo, si el espesor es menor que el camino libre medio de los electrones, es de esperar que la conductividad eléctrica sea dependiente de este espesor, o sea se esperan efectos de tamaño. En este experimento se estudian dos propiedades físicas de films metálicos en función de espesor, la conductividad eléctrica y la reflectividad. Para ello se evapora un film metálico midiendo simultáneamente estas propiedades. La conductividad se mide con el método convencional y la reflectividad se mide a través de la intensidad de un láser que atravieza el film.
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: Crecer un film sobre un sustrato implica depositar material en forma macroscópicamente homogénea. A nivel microscópico, si este material se depositará en forma homogenea o en forma de islas depende de las propiedades del material depositado y de la superficie sobre la que se deposita. Esto afectará, obviamente, las propiedades físicas del film. Por ejemplo, si el material depositado es metálico, pero crece en forma de islas y la cantidad depositada no alcanza para que estas se toquen entre sí, la conductividad eléctrica no percola y el film macroscópico es aislador. Además, aún en el caso en que el film sea homogeneo, si el espesor es menor que el camino libre medio de los electrones, es de esperar que la conductividad eléctrica sea dependiente de este espesor, o sea se esperan efectos de tamaño. En este experimento se estudian dos propiedades físicas de films metálicos en función de espesor, la conductividad eléctrica y la reflectividad. Para ello se evapora un film metálico midiendo simultáneamente estas propiedades. La conductividad se mide con el método convencional y la reflectividad se mide a través de la intensidad de un laser que atravieza el film.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="radiacion-filamento">Espectro de radiación de un filamento</span> ===
 
=== <span id="radiacion-filamento">Espectro de radiación de un filamento</span> ===
  
: A fines del siglo pasado Wilhelm Wein dedujo una ley de radiación (cuya forma definitiva fue dada por Planck) que propone que la radiación por unidad de longitud de onda viene dada por $R_{\lambda}(T) = 2\pi h c^2 {\lambda}^{-5}/[\exp(hc/(kT)-1]}$. Se propone medir la radiación en función de temperatura de un filamento incandescente y a partir de los datos extraer un valor de la constante de Planck. Igualmente se puede estudiar el espectro de radiación en función de la longitud de onda.
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: Previamente al desarrollo de la teoría cuántica, era claro que la termodinámica clásica no podía explicar la radiación emitida por un cuerpo. Su aplicación conducía al efecto conocido como la "catástrofe ultravioleta", donde el material emite una cantidad infinita de energía por unidad de tiempo en el límite de pequeñas longitudes de onda. A fines del siglo pasado Wilhelm Wein dedujo una ley de radiación (cuya forma definitiva fue dada por Planck) que propone que la radiación por unidad de longitud de onda emitida por un cuerpo a temperatura T es $R_{\lambda}(T) = 2\pi h c^2 {\lambda}^{-5}/[\exp(hc/(kT)-1]}$, no divergente en ningún límite. Se propone medir la intensidad de luz emitida por un filamento incandescente en función de su temperatura. A partir de los datos se puede extraer un valor de la constante de Planck.  
 
 
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="cuerpo-negro">Radiación de cuerpo negro</span> ===
 
=== <span id="cuerpo-negro">Radiación de cuerpo negro</span> ===
  
: Cada objeto en el universo emite y absorbe energía en la forma de radiación electromagnética. Esta forma de tansporte de energía difiere del proceso de conducción y convección en que no requiere de un medio ni del transporte de materia. La energía irradiada se origina en la energía interna asociada con el movimiento atómico y molecular y las aceleraciones de las cargas eléctricas en el objeto. En átomos o moléculas que se pueden mover independientemente esta radiación da origen a lineas espectrales discretas, pero en sólidos los átomos interactúan tan fuertemente que no pueden radiar en forma independiente y la energía irradiada depende sólo de la temperatura y de la característica de la superficie (forma, emitividad). Un cuerpo que absorve (y emite) en forma perfecta la energía es llamado cuerpo negro. Los valores de emisividad de un cuerpo varían de acuerdo a si el material es reflectante (por ejemplo "foil" de aluminio, con emisividad muy baja) hasta valores cercanos a 1 para superficies pintadas de negro. En 1879 Josef Stefan estableció la relación empírica en la cual la emisión radiante total va como: M(T) = $\sigma$ T$^4$. Ludwig Boltzmann en 1884 dió la base teórica de esta ley. Wilhelm Wien mostró en 1893, en base a termodinámica clásica, que la forma espectral de la radiación debe adoptar la forma: M$_{\lambda}$(T) = c$_1 \lambda^{-5}$ f($\lambda$T). Este y resultados relacionados le merecieron el Nobel de 1911. Por otra parte Lord Rayleigh en 1900 había deducido a partir de mecánica estadística que f($\lambda$T) = c$_2 \lambda$T... y a pesar de ser una buena aproximación para $\lambda$T grandes... conduce a la {\it catóstrofe del ultravioleta}... o sea, que para longitudes de onda corta la radiación diverge!. Planck (Nobel 1918), propuso que la radiación no era emitida en forma continua, sino discreta, y llego al resultado: M$_{\lambda}$ (T) = $2 \pi h c^2\lambda^{-5} / [exp(hc/(kT)-1]$, cuya integración sobre todas las longitudes de onda lleva a la ley de Stefan-Boltzman. Bienvenido a este experimento con larga trayectoria. Se propone medir la constante de Stefan-Boltzman mediante el estudio de la temperatura en función del tiempo de recipientes concéntricos (pintados de negro) que tienen en su interior una fuente de calor.
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: Cada objeto en el universo emite y absorbe energía en la forma de radiación electromagnética. Esta forma de tansporte de energía. La energía irradiada se origina en el movimiento atómico y molecular y las aceleraciones de las cargas eléctricas en el objeto. En sólidos macroscópicos la energía irradiada depende sólo de la temperatura y de características del cuerpo tales como la forma de la superficie y la emisividad. Los valores de emisividad de un cuerpo varían de acuerdo a si el material es reflectante (por ejemplo "foil" de aluminio, con emisividad muy baja) hasta valores cercanos a 1 para superficies pintadas de negro. Un cuerpo que absorbe toda energía que llega a él es llamado cuerpo negro y su emisividad vale 1. La radiación por unidad de área emitida por un cuerpo negro está dada por la ley de Stefan-Boltzmann, $\dot Q = \sigma T^4$ con $\sigma$ la constante de Stefan-Boltzmann. Se propone obtener un valor para la constante de Stefan-Boltzman mediante el estudio de la temperatura en función del tiempo de un conjunto de recipientes concéntricos en cuyo interior hay una lámpara como fuente de calor.
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<!--En 1879 Josef Stefan estableció la relación empírica en la cual la emisión radiante total va como: M(T) = $\sigma$ T$^4$. Ludwig Boltzmann en 1884 dió la base teórica de esta ley. Wilhelm Wien mostró en 1893, en base a termodinámica clásica, que la forma espectral de la radiación debe adoptar la forma: M$_{\lambda}$(T) = c$_1 \lambda^{-5}$ f($\lambda$T). Este y resultados relacionados le merecieron el Nobel de 1911. Por otra parte Lord Rayleigh en 1900 había deducido a partir de mecánica estadística que f($\lambda$T) = c$_2 \lambda$T... y a pesar de ser una buena aproximación para $\lambda$T grandes... conduce a la {\it catóstrofe del ultravioleta}... o sea, que para longitudes de onda corta la radiación diverge!. Planck (Nobel 1918), propuso que la radiación no era emitida en forma continua, sino discreta, y llego al resultado: M$_{\lambda}$ (T) = $2 \pi h c^2\lambda^{-5} / [exp(hc/(kT)-1]$, cuya integración sobre todas las longitudes de onda lleva a la ley de Stefan-Boltzman.  
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'''Bibliografía:'''
 
'''Bibliografía:'''
  
=== <span id="busch">Determinación de la relación e/m por el método de Busch</span> ===
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=== <span id="busch">Determinación de la relación e/m para el electrón por el método de Busch</span> ===
  
: La determinación de las propiedades del electrón fueron uno de los temas de mayor interés en la física de fines del siglo pasado y principios de este. No fue sino hasta 1897 que J.J. Thompson comunicó por primera vez en un discurso en la Royal Institution su descubrimiento de que en realidad los "rayos catódicos" eran electrones. Un simple experimento permite determinar la relación carga/masa del electrón. En presencia de un campo magnético uniforme un electrón poseyendo una velocidad inicial {\bf v}, es sujeto a una fuerza {\bf F} = e {\bf v} $\times${\bf B}. Utilizando la ley de Newton (considerando una aceleración centrípeta $a$ = v$^2$/r) se determina que el período de la órbita circular está dada por T = 2$\pi$ m/eB. A partir de esta expresión se puede determinar la relación e/m. Para esto se utiliza un tubo de rayos catódicos aplicando campos eléctricos para deflectar y acelerar el haz de electrones y un campo magnético axial.
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: La determinación de las propiedades del electrón fue uno de los temas de mayor interés en la física de fines del siglo XIX y principios del XX. No fue sino hasta 1897 que J.J. Thompson comunicó por primera vez en un discurso en la Royal Institution su descubrimiento de que los "rayos catódicos" eran electrones. En 1926 Hans Busch con un simple experimento determinó la relación carga/masa del electrón, e/m. En un tubo de rayos catódicos se aceleran los e hasta una velocidad constante y se los somete al efecto de un campo magnético colineal con esta velocidad. Las pequeñas componentes de velocidad transversal debido a que el haz no está perfectamente colimado producen orbitas helicoidales para los e. El período de rotación no depende del valor de la velocidad transversal lo que origina que para ciertos valores de velocidad longitudina o de campo magnético, el haz se enfoca en la pantalla, produciendo la imagen de un punto. Se propone reproducir este experimento y determinar e/m.
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<!--En presencia de un campo magnético uniforme un electrón poseyendo una velocidad inicial {\bf v}, es sujeto a una fuerza {\bf F} = e {\bf v} $\times${\bf B}. Utilizando la ley de Newton (considerando una aceleración centrípeta $a$ = v$^2$/r) se determina que el período de la órbita circular está dada por T = 2$\pi$ m/eB. A partir de esta expresión se puede determinar la relación e/m. Para esto se utiliza un tubo de rayos catódicos aplicando un campo magnético axial y campos eléctricos para deflectar y acelerar el haz de electrones.-->
  
 
'''Bibliografía:'''
 
'''Bibliografía:'''
 
*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
 
*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
  
=== <span id="millikan">Determinación de la carga del electrón por el método de la gota de aceite</span> ===
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=== <span id="millikan">Determinación de la carga del electrón. Experimento de Millikan</span> ===
  
: Entre 1909 y 1913 Robert Andrew Millikan realizó experimentos para determinar la carga del electrón. Anteriormente a Millikan se debatía si la electricidad era un "fluído contínuo" o si estaba discretizado. La determinación de Millikan permitió finalizar este debate (y determinar, igualmente, el número de Avogadro). En este sencillo experimento se observa la caída de pequeñas gotas de aceite, algunas de las cuales se cargan espontáneamente con valores de carga discretos... múltiplos de la carga del electrón. Mediante la aplicación de un campo eléctrico se puede establecer una fuerza electrostática que actúa contra la gravedad, y hacer que las gotitas suban en vez de bajar, y midiendo los tiempos involucrados en las subidas y bajadas se puede determinar la carga del electrón.
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: Entre 1909 y 1913 Robert Andrew Millikan realizó experimentos para determinar la carga del electrón. Anteriormente a Millikan se debatía si la electricidad era un "fluído contínuo" o si estaba discretizado. La determinación de Millikan permitió finalizar este debate y determinar la carga del electrón y el número de Avogadro. En este sencillo experimento se observa la caída de pequeñas gotas de aceite, algunas de las cuales se cargan espontáneamente con valores de carga discretos, múltiplos de la carga del electrón. Mediante la aplicación de un campo eléctrico se puede establecer una fuerza electrostática que actúa contra la gravedad, y hacer que las gotitas suban en vez de bajar. Midiendo las velocidades límite en las subidas y bajadas se puede determinar la carga de cada gota. Un posterior análisis estadístico permite determinar el mínimo común múltiplo del conjunto de cargas medidas, que debería ser e, la carga del electrón.
  
 
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=== <span id="c">Velocidad de la luz</span> ===
 
=== <span id="c">Velocidad de la luz</span> ===
  
: En este experimento se mide la velocidad de la luz mediante la medición del tiempo que toma un haz de luz modulado en recorrer una distancia conocida. El experimento se realiza, hasta el momento, modulando un haz de luz infrarojo mediante un generador de pulsos. El retardo del haz se mide en un osciloscopio.
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: La velocidad de la luz es una de las constantes fundamentales para cuya determinación  mas esfuerzo se ha realizado. Los métodos que se han usado van desde la escala de laboratorio hasta lo astronómico, observando los eclipses de Io por Jupiter. En general son métodos de tiempo de vuelo, midiendo el tiempo que la luz tarda en recorrer una cierta distancia. En este experimento utilizaremos el método de Foucault, en el cual se observa la posición de la imagen de un haz de luz después que este atraviesa un sistema óptico que incluye una reflexion en un espejo rotatorio, un retroreflector, y una segunda reflexión en el espejo rotatorio. La posición de la imagen se desplaza en función de la velocidad de rotación del espejo.
  
 
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=== <span id="magnetometro">Magnetómetro de muestra vibrante</span> ===
 
=== <span id="magnetometro">Magnetómetro de muestra vibrante</span> ===
  
: Este método de medición de la magnetización fué diseñado originalmente por S. Foner y es uno de los más difundidos para medir la magnetización de los materiales. El experimento utiliza la ley de inducción de Faraday. Haciendo vibrar una muestra magnetizada en presencia de una bobina detectora, la cuál consta de dos bobinados contrapuestos de igual número de vueltas. La muestra se ubica aprox. en el centro de las bobinas y se hace vibrar a través de la excitación de un cono de un parlante. El movimiento de la muestra magnetizada genera una fem en ambas bobinas que se suman, y cuyo valor es proporcional a la magnetización del material. Este es el principio de varios magnetómetros comerciales como en los del tipo VSM ("Vibrating Sample Magnetometer") o de tipo SQUID ("Superconducting Quantum Interference Device"). Se pueden realizar varios experimentos en este equipamiento: caracterización de materiales, estudios de efectos de forma, determinar la temperatura de transición de algún material ferromagnético cercano a temperatura ambiente, etc. Es posible automatizar la adquisición de datos y control de campo magnético.
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: Este método de medición de la magnetización fué diseñado originalmente por S. Foner y es uno de los más difundidos para medir la magnetización de los materiales. El experimento utiliza la ley de inducción de Faraday, haciendo vibrar una muestra magnetizada en presencia de una bobina detectora, la cuál consta de dos bobinados contrapuestos de igual número de vueltas. La muestra se ubica en el centro de las bobinas y se hace vibrar usando un parlante. El movimiento de la muestra magnetizada genera una fem en ambas bobinas que se suman, y cuyo valor es proporcional a la magnetización del material. Este es el principio de los magnetómetros comerciales del tipo VSM ("Vibrating Sample Magnetometer"). Se pueden realizar varios experimentos en este equipamiento: caracterización de materiales, estudios de efectos de forma, determinar la temperatura de transición de algún material ferromagnético cercano a temperatura ambiente, etc.  
  
 
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=== <span id="smoke">SMOKE (efecto Kerr magneto-óptico superficial)</span> ===
 
=== <span id="smoke">SMOKE (efecto Kerr magneto-óptico superficial)</span> ===
  
: Cuando un haz de luz polarizada se refleja en una superficie de un material magnético, una medición cuidadosa permite observar pequeños cambios en el estado de polarización de la luz y que es atribuible a la magnetización del material. Este fenómeno se llama efecto Kerr magneto-óptico. Este efecto está relacionado con el efecto de rotación del eje de polarización que se observa en un material magnético transparente (rotación de Faraday). Estos efectos pueden atribuirse a términos no diagonales del tensor de susceptibilidad magnética. Este efecto ha permitido medir en ultra alto vacío el ciclo de histéresis de un film magnético a medida que se crece desde una monocapa de átomos!. La propuesta es observar este efecto en una película delgada, se pueden fabricar diferentes espesores y observar el cambio enlas características del ciclo de histéresis. Auntomatización de datos y control de campo, utilización de un amplificador Lock-in.
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: Cuando un haz de luz polarizada se refleja en la superficie de un material magnético, una medición cuidadosa permite observar pequeños cambios en el estado de polarización de la luz, cambio que es atribuible a la magnetización del material. Este fenómeno se llama efecto Kerr magneto-óptico. Está relacionado con el efecto de rotación del eje de polarización que se observa en un material magnético transparente (rotación de Faraday). Ambos pueden atribuirse a términos no diagonales del tensor de susceptibilidad magnética. El efecto Kerr ha permitido medir en ultra alto vacío el ciclo de histéresis de un film magnético a medida que se crece desde una monocapa de átomos. La propuesta es observar este efecto en una película delgada. Se pueden fabricar films de diferentes espesores y observar el cambio enlas características del ciclo de histéresis.
  
 
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=== <span id="raman-nath">Difracción de luz por ultrasonido (difracción de Raman-Nath)</span> ===
 
=== <span id="raman-nath">Difracción de luz por ultrasonido (difracción de Raman-Nath)</span> ===
  
: Interesantes efectos se producen cuando un haz de luz interactúa con ondas sonoras. El experimento permite la observación y medición de intensidad y posición de máximos de luz resultantes del proceso de drifracción. Básicamente, un haz de luz laser  atraviesa una cubeta, donde un líquido es excitado a frecuencias ultrasónicas por un transductor piezoeléctrico. La onda sonora produce variaciones periódicas de la densidad e índice de refracción del medio y por lo tanto de la velocidad de propagación de la luz. En esta forma, a la salida de la cubeta, se obtiene un frente de ondas luminoso que está modulado en fase en forma periódica y esto da lugar a espectros de difracción característicos. Este fenómeno fue discutido por Raman y Nath y se lo conoce entonces como difracción de Raman-Nath. El experimento exige el control cuidadoso de distintas condiciones, como ángulo de incidencia, frecuencia y amplitud de la onda sonora, etc, así como la implementación de un sistema automatizado para la medición de los espectros de difracción.
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: En este experimento un haz de luz laser  atraviesa una cubeta, donde un líquido es excitado a frecuencias ultrasónicas por un transductor piezoeléctrico. La onda sonora produce variaciones periódicas de la densidad e índice de refracción del medio. En forma efectiva el líquido se ha transformado en una red de difracción. A la salida de la cubeta, se obtiene un frente de ondas luminoso modulado en fase en forma periódica, lo que da lugar a espectros de difracción. En el caso que la onda sonora no sea estacionaria sino viajera, los patrones de difracción dependen de la amplitud de la onda sonora. Este fenómeno fue discutido por Raman y Nath. La figura de difracción que se obtiene es cualitativamente diferente a la de una red de difracción modulada en amplitud y puede ser entendida como la absorción o entrega de energía entre los fotones y el campo de sonido.  
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
 
*[[EXPERIM2-Informes de años anteriores|Informes previos]]
  
=== <span id="pirani">Transferencia de calor</span> ===
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=== <span id="pirani">Transferencia de calor a traves de un gas</span> ===
  
: El experimento consiste en estudiar la transferencia de calor entre un alambre de tungsteno concéntrico a un cilindro de cobre a temperatura constante y cercana a ambiente. El alambre es alimentado con una potencia eléctrica conocida en condiciones de medio y alto vacío. Mediante la determinación de la potencia disipada en función de la temperatura del alambre y la presión de un determinado gas dentro de la cámara de vacío, se intentará identificar la contribución de los distintos mecanismos de transferencia de calor: convección, transmisión y radiación. Es interesante notar que uno de los más conocidos dispositivos para la medición de vacío medio (por debajo de 1 Torr), debido a Pirani, utiliza este mecanismo.
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: La transferencia de calor a traves de un gas está gobernada por la conducción y los mecanismos de convección. En este experimento se identifican ambos mecanismos estudiando la transferencia de calor entre un alambre calefaccionado y su entorno en función de la presión del gas que los separa, el tipo de gas y la geometría del experimento. Uno de los manómetros usualmente utilizados para medir presión por debajo de 1 Torr, el manómetro de Pirani, se basa en estos fenómenos.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="gamma">Interacción de radiación gamma con la materia</span> ===
 
=== <span id="gamma">Interacción de radiación gamma con la materia</span> ===
  
: La radiación electromagnética en el rango de algunas decenas de keV hasta varios MeV (x y gamma) interactúa con la materia a través de tres mecanismos principales: efecto fotoeléctrico, dispersión Compton y producción de pares. El predominio de cada uno de ellos depende del material absorbente y de la energía incidente. Utilizando fuentes radioactivas de baja intensidad y un detector de NaI se estudia la atenuación que sufre la radiación gamma al atravesar placas de diferentes materiales y espesores, y cómo depende ésta de la energía incidente. Se estudia también el efecto Compton, verificándose la famosa fórmula de Compton para el cambio en la longitud de onda del fotón versus el ángulo de dispersión.
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: La radiación electromagnética en el rango de algunas decenas de keV hasta varios MeV (desde Rayos-X hasta radiación $\gamma$) interactúa con la materia a través de tres mecanismos principales: efecto fotoeléctrico, dispersión Compton y producción de pares electrón-positrón. El predominio de cada uno de ellos depende del material absorbente y de la energía incidente. Utilizando fuentes radioactivas de baja intensidad se estudia la atenuación que sufre la radiación $\gamma$ al atravesar placas de diferentes materiales y espesores, y su dependencia con la energía incidente. Se estudia también el efecto Compton, verificándose el cambio en la longitud de onda del fotón en función del ángulo de dispersión.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="fotoelectrico">Efecto Fotoeléctrico</span> ===
 
=== <span id="fotoelectrico">Efecto Fotoeléctrico</span> ===
  
: El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones cuando una superficie metálica es iluminada con luz. Fue observado por primera vez por Heinrich Rudolf Hertz en 1887. En 1902, Philipp Eduard Anton von Lenard observó que la energía de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia de la luz incidente, hecho que contradecía la teoría ondulatoria de la luz. En 1905, Einstein explicó este fenómeno postulando la existencia de cuantos de luz, o fotones, cuya energía es proporcional a su frecuencia. La constante de proporcionalidad es la constante de Planck. De esta manera, el electrón es emitido solo si la energía del fotón absorbido es superior a la función trabajo del metal. Esta explicación le valió el premio Nobel a Einstein en 1921, y es uno de los orígenes de la mecánica cuántica. En este experimento se estudia este efecto en función de la frecuencia e intensidad de la luz incidente.
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: El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones cuando una superficie metálica es iluminada con luz. Fue observado por primera vez por Heinrich Rudolf Hertz en 1887. En 1902, Philipp Eduard Anton von Lenard observó que la energía de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia de la luz incidente, hecho que contradecía la teoría ondulatoria de la luz. En 1905, Einstein explicó este fenómeno postulando la existencia de cuantos de luz, o fotones, cuya energía es proporcional a su frecuencia. La constante de proporcionalidad es la constante de Planck. De esta manera, el electrón es emitido solo si la energía del fotón absorbido es superior a la función trabajo del metal, energía mínima necesaria para extraer un electrón del metal. Esta explicación le valió el premio Nobel a Einstein en 1921, y es uno de los fundamentos de la mecánica cuántica. En este experimento se estudia la dependencia en frecuencia e intensidad de la luz del efecto fotoeléctrico.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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=== <span id="johnson">Ruido Johnson: Fluctuaciones en una resistencia eléctrica</span> ===
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=== <span id="johnson">Ruido Johnson: Fluctuaciones del voltaje en una resistencia eléctrica</span> ===
: El fenómeno de la conductividad eléctrica en un material macroscópico tiene un orígen netamente estadístico, debido a la gran cantidad de electrones contenidos en el mismo, del orden del número de Avogadro. Si se mide el voltaje en una resistencia por la que no está circulando corriente, se observa que en función del tiempo este varía. Su valor medio es nulo, pero la varianza es diferente de cero. Este fenómeno fue caracterizado por J.B. Johnson y explicado teóricamente por H. Nyquist en 1928. En honor del primero, esta fuente de ruido se ocnoce como ruido Johnson. En este experimento se mide el espectro de ruido de una resistencia en función de frecuencia y temperatura. El análisis de los resultados permite diferenciar los distintos orígenes del ruido y, una vez identificado el ruido Johnson, obtener un valor para la constante de Boltzmann.
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: El fenómeno de la conductividad eléctrica en un material macroscópico tiene un orígen netamente estadístico, debido a la gran cantidad de electrones contenidos en el mismo, del orden del número de Avogadro. Si se mide el voltaje en una resistencia por la que no está circulando corriente, se observa que en función del tiempo este varía. Su valor medio es nulo, pero la varianza es diferente de cero. Este fenómeno fue caracterizado por J.B. Johnson y explicado teóricamente por H. Nyquist en 1928. En honor del primero, esta fuente de ruido se conoce como ruido Johnson. En este experimento se mide el espectro de ruido de una resistencia en función de frecuencia y temperatura. El análisis de los resultados permite diferenciar los distintos orígenes del ruido y, una vez identificado el ruido Johnson, obtener un valor para la constante de Boltzmann.
  
 
'''Bibliografía:'''
 
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* J.B. Johnson, ''Thermal agitation of electricity in conductors'', [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.32.97  Phys. Rev. '''32''' (1928) 97].  
 
* J.B. Johnson, ''Thermal agitation of electricity in conductors'', [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.32.97  Phys. Rev. '''32''' (1928) 97].  
 
* H. Nyquist, ''Thermal agitation of electric charge in conductors'', [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.32.110  Phys. Rev. '''32''' (1928) 110].
 
* H. Nyquist, ''Thermal agitation of electric charge in conductors'', [http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.32.110  Phys. Rev. '''32''' (1928) 110].
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=== <span id="antenas">Característica de emisión de antenas</span> ===
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: Un componente fundamental en los sistemas de transmisión inalámbricos es la antena. La capacidad de recibir y emitir de la misma está directamente relacionad con la geometría del diseño. En este experiencia se estudia el patrón de emisión y recepción de diversos tipos de antena, tales como dipolo, whip o látigo y Yagi-Uda. Para ello se mide la potencia transmitida entre una antena emisora y la antena en estudio.
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=== <span id="guia_de_ondas">Guía de ondas</span> ===
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: El
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=== <span id="lockin">Adquisición de datos sincrónica (lock-in)</span> ===
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: Uno de los instrumentos mas útiles para la medicion de pequeñas señales periódicas en un entorno ruidoso es el amplificador sincrónico, o lock-in. Este instrumento fue desarrollado por Robert H. Dicke. Utilizando una referencia de la misma frecuencia que la señal que se desea medir, este instrumento es capaz de rescatar señales inmersas en un ruido 10 o 100 veces mayor y dar información sobre su amplitud y fase con respecto a la de la referencia. En este experimento se construye en forma digital un amplificador lock-in a través de la medición de unseñal y su procesamiento por software. Se lo utiliza para caracterizar la respuesta de diversos componentes electrónicos.
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=== <span id="PLL">Lazo de seguimiento de fase (PLL Phase locked loop)</span> ===
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: Un lazo de seguimiento de fase, PLL por su acrónimo en inglés, es un sistema electrónico en el cual la fase de la salida sigue la fase de la entrada. Esto se puede lograr con un oscilador de frecuencia controlada por voltaje y un amplificador lock-in. Este es un elemento ampliamente utilizado en comunicaciones ya que este sistema es capaz de "seguir" la frecuencia de la señal de entrada, aunque esta varíe. En este experimento se construye un sistema PLL y se estudia su respuesta a los distintos parámetros de la señal de entrada.
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=== <span id="EIT">Tomografía por Impedancia Eléctrica</span> ===
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: En las  últimas décadas, los métodos de construcción de imágenes por distintos métodos han tenido un impacto fenomenal en el campo de diagnóstico medico. Las palabras tomografía, resonancia o ecografía han pasado a ser parte del lenguaje cotidiano. Constantemente se están buscando nuevos métodos de construcción de imágenes para facilitar las tareas de diagnóstico. En este experimento se constuye y caracteriza un sistema básico para realizar imágnes por Tomagrafía de Impedancia Electrónica, EIT por su acrónimo en inglés. En la misma se registra la corriente que circula en un conjunto de electrodos en función del voltaje aplicado y en base a esos datos se reconstruye el mapa de conductividad eléctrica del medio que conecta los electrodos.
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=== <span id="ultrasonido">Difracción con Ultrasonido</span> ===
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: Los efectos de difracción usualmente suelen ser asociados a luz visible, debido a que son los mas fáciles de observar en forma directa. Sin embargo no debemos olvidar que cualquier tipo de onda presenta estos efectos. En este experimento se estudian los fenómenos de difracción utilizando el ultrasonido generado por un parlante piezoeléctrico, comunmente utilizado en sistema de alarma. Al utilizar ondas de sonido que tienen una longitud de onda del orden del centímetro, no sólo se puede medir la amplitud si no también la fase. Se mide la respuesta de la onda a diversos componentes tales como un espejo parabólico, un espejo de Lodi, efecto de importancia en el diseño de sistemas de antenas. También se fabrica una "lente" para sonido como lente de Fresnel, y se mide su respuesta.
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Revisión del 13:13 11 dic 2016


Prácticas Disponibles

Temas cubiertos en los experimentos:     CF = Constantes Fundamentales
PM = Propiedades de Materiales
VA = Alto Vacío
ADQ = Adquisición de datos con PC
TEL = Orientación Telecomunicaciones
MED = Orientación Física Médica
DE = Nivel de dificultad experimental


Práctica CF PM VA ADQ TEL MED DE
Levitación magnética - Corrientes de Foucault X X 1
Adsorción de gases en sólidos X 1
Susceptibilidad alterna en conductores- Skin depth X X 1
Determinación de la relación e/m del electrón por el método de Busch X 1
Determinación de la carga del electrón por el método de Millikan X 1
Velocidad de la luz X 1
Efecto Fotoeléctrico X 1
Difracción con Ultrasonido X 1
Plasmones superficiales en películas delgadas X X 2
Espectro de radiación de un filamento X X 2
Difracción de luz por ultrasonido (Raman-Nath) X X 2
Transferencia de calor a traves de un gas X X 2
Interacción de radiación gamma con la materia X X 2
Ruido Johnson: Fluctuaciones en una resistencia eléctrica X X 2
Característica de emisión de antenas X X 2
Guía de ondas X 2
Adquisición de datos sincrónica (lock-in) X X 2
Efecto Zeeman: Desdoblamiento de niveles cuánticos por campo magnético X X 3
Juntura semiconductora: Medición del gap de energía X X 3
Magnetómetro de muestra vibrante X X 3
Radiación de cuerpo negro (Stefan-Boltzmann) X X X 3
Resistividad y reflectividad versus espesor en películas delgadas metálicas X X X 3
Superconductividad y Termodinámica X X 3
SMOKE (efecto Kerr magneto-óptico superficial) X X 3
Lazo de seguimiento de fase (PLL Phase locked loop) X X 3
Tomografía por Impedancia Eléctrica X X 3



Corrientes de Foucault - Levitación y arrastre magnéticos

Al someter un metal a un campo magnético variable en el tiempo se inducen corrientes que tratan de oponerse a estos cambios (ley de Faraday). Estas correntes inducidas, a su vez, interactúan con el mismo campo magnético que las produce dando orígen a una fuerza entre el metal y la fuente del campo. Este es el principio de funcionamiento de los frenos y de la levitación magnética. En este experimento se mide la fuerza entre un imán permanente y un disco metálico (cobre, bronce, aluminio, hierro) que gira a velocidad controlada. Se estudia la dependencia de las fuerzas de repulsión y de arrastre con los parámetros controlables, tales como distancia entre disco metálico e imán, velocidad angular del disco, etc.

Bibliografía:

Plasmones superficiales en películas delgadas metálicas

En un metal, los electrones se mueven libremente por el material. La densidad de carga negativa es, en general, uniforme. Los iones, en cambio, se encuentran básicamente fijos a las posiciones de la red cristalina. La densidad de carga electrónica puede entonces "deformarse" con respecto al "fondo" iónico formando zonas de mayor o menor densidad de carga. Estas deformaciones evolucionan en el tiempo tomando forma de onda, en forma análoga a las ondas elásticas de un trozo de gelatina, y son conocidos como "plasmones". En una interfaz vacío-metal o dieléctrico-metal existe una variante de estos modos que se conoce como plasmones superficiales, que son ondas localizadas en la superficie, evanescentes en la dirección perpendicular a la misma. En este experimento se estudian los plasmones superficiales de películas delgadas metálicas (Ag, Au) depositadas sobre la hipotenusa de un prisma recto de vidrio o sobre la cara recta de un semicilindro de vidrio. Para ello se excitan los plasmones superficiales haciendo incidir un haz laser sobre la película desde el prisma y se estudia la intensidad reflejada. Cuando se logra excitar el modo de plasmón superficial ajustando el ángulo de incidencia, se observa una fuerte absorción de energía como una fuerte disminución en la intensidad reflejada.

Bibliografía:

Adsorción de gases en sólidos microporosos

Cuando un gas es puesto en contacto con un sólido, existe una probabilidad no nula que las moléculas del primero se adhieran a la superficie del último. Este fenómeno, conocido como adsorción, es ampliamente utilizado en aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, se utiliza para eliminar olores en la cocina adsorbiendo las moléculas en un filtro de "carbón activado" o como un método extremadamente limpio para hacer vacío en un recinto, reteniendo las moléculas de aire en el material microporoso. Estos materiales entre los que destacan las zeolitas y el carbón activado, son de gran interés en el área de la catálisis. La probabilidad de adsorción sobre una superficie sólida depende de la temperatura, de la masa de las moléculas del gas y de las propiedades de la superficie del sólido. En particular la microporosidad resulta en áreas efectivas del material realmente enormes, del orden de decenas de metros cuadrados por gramo. Existen grandes líneas de investigación dedicadas a encontrar materiales con una alta superficie efectiva, por medio del diseño de sólidos con micro-cavidades o en forma de nano-particulas. En esta práctica se miden las "isotermas de adsorción" (cantidad de moles de gas adsorbido en función de presión del gas a T constante), para zeolita odiferentes gases y temperaturas.

Bibliografía:

  • T. Allen, Particle size measurement (Chapman and Hall Ltd., Londres, 1968).Biblioteca.
  • D.M. Young y A.D. Crowell, Physical adsorption of gases (Butterworths, Londres, 1962).Biblioteca.
  • Informes previos

Superconductividad y Termodinámica

En 1911, Kammerling Ones y sus estudiantes descubrieron que para algunos materiales la resistencia eléctrica se anula por debajo de la temperatura crítica, Tc, dependiente del material en sí. Este fenómeno, si bien sorprendente, no es la característica más fundamental de la superconductividad. Esta es el llamado efecto Meissner, que consiste en la expulsión completa del campo magnético de un superconductor, convirtiéndolo en un diamagneto perfecto. En esta práctica estudiamos la transición de fase entre el estado normal y superconductor de una muestra de Indio. Se interpretan los resultados en función de un modelo termodinámico, mostrando que la transición es de primer orden y prediciendo los valores del calor específico.

Bibliografía:

  • E.A. Lynton Superconductivity, Wiley [1962]


Susceptibilidad alterna en conductores- Skin depth

Cuando un campo variable en el tiempo actúa sobre una interface metálica, en la misma se inducen corrientes que tratan de apantallar este campo. Esto se debe a la ley de inducción de Faraday, conjuntamente con la ley de Ohm. Este apantallamiento se produce en una distancia característica que depende de la conductividad eléctrica del material y de la frecuencia del campo aplicado, distancia conocida como "skin depth". En este experimento se mide el skin depth para Cu y su dependencia en frecuencia. Para ello se estudia la respuesta en frecuencia de un bobinado en el cual se inserta un cilindro de Cu. Este cilindro, por lo discutido anteriormente, apantalla el campo dentro del bobinado, cambiando su área efectiva, y por lo tanto su autoinductancia. En base a la diferencia de respuesta entre la bobina y la bobina con el cilindro de Cu en su interior se estudia el efecto de apantallamiento y se obtiene el skin depth.

Bibliografía:

Juntura semiconductora: Medición del gap de energía

Una juntura semiconductora, comunmente conocida como diodo, consiste en la unión de dos materiales semiconductores dopados con iones que provocan exceso de portadores libres negativos (electrones) en uno de ellos y positivos (huecos) en el otro. Esta asimetría intrínseca en el dispositivo produce el conocido efecto de no-linealidad de conducción, debido a campos eléctricos internos generados en la juntura. Por otro lado, en un semiconductor la cantidad de electrones en condiciones de conducir una corriente eléctrica es función de temperatura. Esto se debe a que los mismos están dentro de un sólido y tienen un rango de energías prohibido. Esta brecha ó "gap" de energía funciona como una barrera que debe ser saltada para que los electrones puedan conducir una corriente. La probabilidad que este salto se produzca depende de temperatura. En este experimento se miden las curvas corriente-voltaje de un diodo comercial en función de temperatura. En base a esas mediciones se extrae información respecto al valor del gap.

Bibliografía:

  • N.W. Ashcroft, Solid State Physics (Holt, Rinehart & Winston, Nueva York, 1976).Biblioteca

Resistividad y reflectividad en función de espesor en películas delgadas metálicas

Crecer un film sobre un sustrato implica depositar material en forma macroscópicamente homogénea. A nivel microscópico, si este material se depositará en forma homogenea o en forma de islas depende de las propiedades del material depositado y de la superficie sobre la que se deposita. Esto afectará, obviamente, las propiedades físicas del film. Por ejemplo, si el material depositado es metálico, pero crece en forma de islas y la cantidad depositada no alcanza para que estas se toquen entre sí, la conductividad eléctrica no percola y el film macroscópico es aislador. Además, aún en el caso en que el film sea homogeneo, si el espesor es menor que el camino libre medio de los electrones, es de esperar que la conductividad eléctrica sea dependiente de este espesor, o sea se esperan efectos de tamaño. En este experimento se estudian dos propiedades físicas de films metálicos en función de espesor, la conductividad eléctrica y la reflectividad. Para ello se evapora un film metálico midiendo simultáneamente estas propiedades. La conductividad se mide con el método convencional y la reflectividad se mide a través de la intensidad de un laser que atravieza el film.

Bibliografía:

  • L.I. Maissel and R. Glang, Handbook of Thin Film Technology (McGraw-Hill, 1970).
  • C.R. Tellier y A.J. Tosser, Size Effects in Thin Films (Elsevier, Amsterdam, 1982).Biblioteca

Espectro de radiación de un filamento

Previamente al desarrollo de la teoría cuántica, era claro que la termodinámica clásica no podía explicar la radiación emitida por un cuerpo. Su aplicación conducía al efecto conocido como la "catástrofe ultravioleta", donde el material emite una cantidad infinita de energía por unidad de tiempo en el límite de pequeñas longitudes de onda. A fines del siglo pasado Wilhelm Wein dedujo una ley de radiación (cuya forma definitiva fue dada por Planck) que propone que la radiación por unidad de longitud de onda emitida por un cuerpo a temperatura T es $R_{\lambda}(T) = 2\pi h c^2 {\lambda}^{-5}/[\exp(hc/(kT)-1]}$, no divergente en ningún límite. Se propone medir la intensidad de luz emitida por un filamento incandescente en función de su temperatura. A partir de los datos se puede extraer un valor de la constante de Planck.

Bibliografía:

Radiación de cuerpo negro

Cada objeto en el universo emite y absorbe energía en la forma de radiación electromagnética. Esta forma de tansporte de energía. La energía irradiada se origina en el movimiento atómico y molecular y las aceleraciones de las cargas eléctricas en el objeto. En sólidos macroscópicos la energía irradiada depende sólo de la temperatura y de características del cuerpo tales como la forma de la superficie y la emisividad. Los valores de emisividad de un cuerpo varían de acuerdo a si el material es reflectante (por ejemplo "foil" de aluminio, con emisividad muy baja) hasta valores cercanos a 1 para superficies pintadas de negro. Un cuerpo que absorbe toda energía que llega a él es llamado cuerpo negro y su emisividad vale 1. La radiación por unidad de área emitida por un cuerpo negro está dada por la ley de Stefan-Boltzmann, $\dot Q = \sigma T^4$ con $\sigma$ la constante de Stefan-Boltzmann. Se propone obtener un valor para la constante de Stefan-Boltzman mediante el estudio de la temperatura en función del tiempo de un conjunto de recipientes concéntricos en cuyo interior hay una lámpara como fuente de calor.

Bibliografía:

Determinación de la relación e/m para el electrón por el método de Busch

La determinación de las propiedades del electrón fue uno de los temas de mayor interés en la física de fines del siglo XIX y principios del XX. No fue sino hasta 1897 que J.J. Thompson comunicó por primera vez en un discurso en la Royal Institution su descubrimiento de que los "rayos catódicos" eran electrones. En 1926 Hans Busch con un simple experimento determinó la relación carga/masa del electrón, e/m. En un tubo de rayos catódicos se aceleran los e hasta una velocidad constante y se los somete al efecto de un campo magnético colineal con esta velocidad. Las pequeñas componentes de velocidad transversal debido a que el haz no está perfectamente colimado producen orbitas helicoidales para los e. El período de rotación no depende del valor de la velocidad transversal lo que origina que para ciertos valores de velocidad longitudina o de campo magnético, el haz se enfoca en la pantalla, produciendo la imagen de un punto. Se propone reproducir este experimento y determinar e/m.


Bibliografía:

Determinación de la carga del electrón. Experimento de Millikan

Entre 1909 y 1913 Robert Andrew Millikan realizó experimentos para determinar la carga del electrón. Anteriormente a Millikan se debatía si la electricidad era un "fluído contínuo" o si estaba discretizado. La determinación de Millikan permitió finalizar este debate y determinar la carga del electrón y el número de Avogadro. En este sencillo experimento se observa la caída de pequeñas gotas de aceite, algunas de las cuales se cargan espontáneamente con valores de carga discretos, múltiplos de la carga del electrón. Mediante la aplicación de un campo eléctrico se puede establecer una fuerza electrostática que actúa contra la gravedad, y hacer que las gotitas suban en vez de bajar. Midiendo las velocidades límite en las subidas y bajadas se puede determinar la carga de cada gota. Un posterior análisis estadístico permite determinar el mínimo común múltiplo del conjunto de cargas medidas, que debería ser e, la carga del electrón.

Bibliografía:

Velocidad de la luz

La velocidad de la luz es una de las constantes fundamentales para cuya determinación mas esfuerzo se ha realizado. Los métodos que se han usado van desde la escala de laboratorio hasta lo astronómico, observando los eclipses de Io por Jupiter. En general son métodos de tiempo de vuelo, midiendo el tiempo que la luz tarda en recorrer una cierta distancia. En este experimento utilizaremos el método de Foucault, en el cual se observa la posición de la imagen de un haz de luz después que este atraviesa un sistema óptico que incluye una reflexion en un espejo rotatorio, un retroreflector, y una segunda reflexión en el espejo rotatorio. La posición de la imagen se desplaza en función de la velocidad de rotación del espejo.

Bibliografía:

Magnetómetro de muestra vibrante

Este método de medición de la magnetización fué diseñado originalmente por S. Foner y es uno de los más difundidos para medir la magnetización de los materiales. El experimento utiliza la ley de inducción de Faraday, haciendo vibrar una muestra magnetizada en presencia de una bobina detectora, la cuál consta de dos bobinados contrapuestos de igual número de vueltas. La muestra se ubica en el centro de las bobinas y se hace vibrar usando un parlante. El movimiento de la muestra magnetizada genera una fem en ambas bobinas que se suman, y cuyo valor es proporcional a la magnetización del material. Este es el principio de los magnetómetros comerciales del tipo VSM ("Vibrating Sample Magnetometer"). Se pueden realizar varios experimentos en este equipamiento: caracterización de materiales, estudios de efectos de forma, determinar la temperatura de transición de algún material ferromagnético cercano a temperatura ambiente, etc.

Bibliografía:

SMOKE (efecto Kerr magneto-óptico superficial)

Cuando un haz de luz polarizada se refleja en la superficie de un material magnético, una medición cuidadosa permite observar pequeños cambios en el estado de polarización de la luz, cambio que es atribuible a la magnetización del material. Este fenómeno se llama efecto Kerr magneto-óptico. Está relacionado con el efecto de rotación del eje de polarización que se observa en un material magnético transparente (rotación de Faraday). Ambos pueden atribuirse a términos no diagonales del tensor de susceptibilidad magnética. El efecto Kerr ha permitido medir en ultra alto vacío el ciclo de histéresis de un film magnético a medida que se crece desde una monocapa de átomos. La propuesta es observar este efecto en una película delgada. Se pueden fabricar films de diferentes espesores y observar el cambio enlas características del ciclo de histéresis.

Bibliografía:

Difracción de luz por ultrasonido (difracción de Raman-Nath)

En este experimento un haz de luz laser atraviesa una cubeta, donde un líquido es excitado a frecuencias ultrasónicas por un transductor piezoeléctrico. La onda sonora produce variaciones periódicas de la densidad e índice de refracción del medio. En forma efectiva el líquido se ha transformado en una red de difracción. A la salida de la cubeta, se obtiene un frente de ondas luminoso modulado en fase en forma periódica, lo que da lugar a espectros de difracción. En el caso que la onda sonora no sea estacionaria sino viajera, los patrones de difracción dependen de la amplitud de la onda sonora. Este fenómeno fue discutido por Raman y Nath. La figura de difracción que se obtiene es cualitativamente diferente a la de una red de difracción modulada en amplitud y puede ser entendida como la absorción o entrega de energía entre los fotones y el campo de sonido.

Bibliografía:

Transferencia de calor a traves de un gas

La transferencia de calor a traves de un gas está gobernada por la conducción y los mecanismos de convección. En este experimento se identifican ambos mecanismos estudiando la transferencia de calor entre un alambre calefaccionado y su entorno en función de la presión del gas que los separa, el tipo de gas y la geometría del experimento. Uno de los manómetros usualmente utilizados para medir presión por debajo de 1 Torr, el manómetro de Pirani, se basa en estos fenómenos.

Bibliografía:

Interacción de radiación gamma con la materia

La radiación electromagnética en el rango de algunas decenas de keV hasta varios MeV (desde Rayos-X hasta radiación $\gamma$) interactúa con la materia a través de tres mecanismos principales: efecto fotoeléctrico, dispersión Compton y producción de pares electrón-positrón. El predominio de cada uno de ellos depende del material absorbente y de la energía incidente. Utilizando fuentes radioactivas de baja intensidad se estudia la atenuación que sufre la radiación $\gamma$ al atravesar placas de diferentes materiales y espesores, y su dependencia con la energía incidente. Se estudia también el efecto Compton, verificándose el cambio en la longitud de onda del fotón en función del ángulo de dispersión.

Bibliografía:

  • G.F. Knoll, Radiation detection and measurement (Wiley, Nueva York, 1979).Biblioteca

Efecto Zeeman: Desdoblamiento de niveles cuánticos por campo magnético

En 1897 Zeeman descubrió que la aplicación de un campo magnético estático a los átomos de un material en estado gaseoso desdobla las líneas del espectro de luz emitidas por este gas. Hoy en día se entiende que el orígen de este efecto está intimamente relacionado a los estados cuánticos accesibles para el átomo ionizado. Cada uno de estos estados cuánticos tiene un momento magnético, y por lo tanto la energía de este estado depende del campo magnético. La aplicación de este, entonces, modifica la energía de las transiciones que emiten luz, cambiando así la frecuencia de la misma. En este experimento se estudia este efecto para algunas líneas de emisión del Hg. La interpretación de los datos permite discutir algunos conceptos elementales de la mecánica cuántica y obtener un valor para el Magnetón de Bohr.

Bibliografía:

  • A.C. Melissinos, Experiments in Modern Physics (Academic Press, Nueva York, 1966), pp. 43-52, 283-294, y 320-339.Biblioteca

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones cuando una superficie metálica es iluminada con luz. Fue observado por primera vez por Heinrich Rudolf Hertz en 1887. En 1902, Philipp Eduard Anton von Lenard observó que la energía de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia de la luz incidente, hecho que contradecía la teoría ondulatoria de la luz. En 1905, Einstein explicó este fenómeno postulando la existencia de cuantos de luz, o fotones, cuya energía es proporcional a su frecuencia. La constante de proporcionalidad es la constante de Planck. De esta manera, el electrón es emitido solo si la energía del fotón absorbido es superior a la función trabajo del metal, energía mínima necesaria para extraer un electrón del metal. Esta explicación le valió el premio Nobel a Einstein en 1921, y es uno de los fundamentos de la mecánica cuántica. En este experimento se estudia la dependencia en frecuencia e intensidad de la luz del efecto fotoeléctrico.

Bibliografía:


Ruido Johnson: Fluctuaciones del voltaje en una resistencia eléctrica

El fenómeno de la conductividad eléctrica en un material macroscópico tiene un orígen netamente estadístico, debido a la gran cantidad de electrones contenidos en el mismo, del orden del número de Avogadro. Si se mide el voltaje en una resistencia por la que no está circulando corriente, se observa que en función del tiempo este varía. Su valor medio es nulo, pero la varianza es diferente de cero. Este fenómeno fue caracterizado por J.B. Johnson y explicado teóricamente por H. Nyquist en 1928. En honor del primero, esta fuente de ruido se conoce como ruido Johnson. En este experimento se mide el espectro de ruido de una resistencia en función de frecuencia y temperatura. El análisis de los resultados permite diferenciar los distintos orígenes del ruido y, una vez identificado el ruido Johnson, obtener un valor para la constante de Boltzmann.

Bibliografía:

Característica de emisión de antenas

Un componente fundamental en los sistemas de transmisión inalámbricos es la antena. La capacidad de recibir y emitir de la misma está directamente relacionad con la geometría del diseño. En este experiencia se estudia el patrón de emisión y recepción de diversos tipos de antena, tales como dipolo, whip o látigo y Yagi-Uda. Para ello se mide la potencia transmitida entre una antena emisora y la antena en estudio.

Bibliografía:

Guía de ondas

El

Bibliografía:

Adquisición de datos sincrónica (lock-in)

Uno de los instrumentos mas útiles para la medicion de pequeñas señales periódicas en un entorno ruidoso es el amplificador sincrónico, o lock-in. Este instrumento fue desarrollado por Robert H. Dicke. Utilizando una referencia de la misma frecuencia que la señal que se desea medir, este instrumento es capaz de rescatar señales inmersas en un ruido 10 o 100 veces mayor y dar información sobre su amplitud y fase con respecto a la de la referencia. En este experimento se construye en forma digital un amplificador lock-in a través de la medición de unseñal y su procesamiento por software. Se lo utiliza para caracterizar la respuesta de diversos componentes electrónicos.

Bibliografía:

Lazo de seguimiento de fase (PLL Phase locked loop)

Un lazo de seguimiento de fase, PLL por su acrónimo en inglés, es un sistema electrónico en el cual la fase de la salida sigue la fase de la entrada. Esto se puede lograr con un oscilador de frecuencia controlada por voltaje y un amplificador lock-in. Este es un elemento ampliamente utilizado en comunicaciones ya que este sistema es capaz de "seguir" la frecuencia de la señal de entrada, aunque esta varíe. En este experimento se construye un sistema PLL y se estudia su respuesta a los distintos parámetros de la señal de entrada.

Bibliografía:

Tomografía por Impedancia Eléctrica

En las últimas décadas, los métodos de construcción de imágenes por distintos métodos han tenido un impacto fenomenal en el campo de diagnóstico medico. Las palabras tomografía, resonancia o ecografía han pasado a ser parte del lenguaje cotidiano. Constantemente se están buscando nuevos métodos de construcción de imágenes para facilitar las tareas de diagnóstico. En este experimento se constuye y caracteriza un sistema básico para realizar imágnes por Tomagrafía de Impedancia Electrónica, EIT por su acrónimo en inglés. En la misma se registra la corriente que circula en un conjunto de electrodos en función del voltaje aplicado y en base a esos datos se reconstruye el mapa de conductividad eléctrica del medio que conecta los electrodos.

Bibliografía:

Difracción con Ultrasonido

Los efectos de difracción usualmente suelen ser asociados a luz visible, debido a que son los mas fáciles de observar en forma directa. Sin embargo no debemos olvidar que cualquier tipo de onda presenta estos efectos. En este experimento se estudian los fenómenos de difracción utilizando el ultrasonido generado por un parlante piezoeléctrico, comunmente utilizado en sistema de alarma. Al utilizar ondas de sonido que tienen una longitud de onda del orden del centímetro, no sólo se puede medir la amplitud si no también la fase. Se mide la respuesta de la onda a diversos componentes tales como un espejo parabólico, un espejo de Lodi, efecto de importancia en el diseño de sistemas de antenas. También se fabrica una "lente" para sonido como lente de Fresnel, y se mide su respuesta.

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