Diferencia entre revisiones de «EXPERIM2-Prácticas disponibles»
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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. | : 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. | ||
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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.] | ||
* M. Mancuso ''et al'', ''Magnetic drag in the quasi‐static limit: Experimental data and analysis'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16829 ''ibid.'' '''59''' (1991) 1123.] | * M. Mancuso ''et al'', ''Magnetic drag in the quasi‐static limit: Experimental data and analysis'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16829 ''ibid.'' '''59''' (1991) 1123.] | ||
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=== <span id="plasmones">Plasmones superficiales en películas delgadas metálicas</span> === | === <span id="plasmones">Plasmones superficiales en películas delgadas metálicas</span> === | ||
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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. | : 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. | ||
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* H.J. Simon, D.E. Mitchell y J.C. Watson, ''Surface plasmons in silver films—a novel undergraduate experiment'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.9764 Am. J. Phys. '''43''' (1975) 630.] | * H.J. Simon, D.E. Mitchell y J.C. Watson, ''Surface plasmons in silver films—a novel undergraduate experiment'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.9764 Am. J. Phys. '''43''' (1975) 630.] | ||
* 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.] | ||
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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. | : 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. | ||
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* T. Allen, ''Particle size measurement'' (Chapman and Hall Ltd., Londres, 1968).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=2&cid=fileFRj0ce Biblioteca]. | * T. Allen, ''Particle size measurement'' (Chapman and Hall Ltd., Londres, 1968).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=2&cid=fileFRj0ce Biblioteca]. | ||
* D.M. Young y A.D. Crowell, ''Physical adsorption of gases'' (Butterworths, Londres, 1962).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=3&total=3&cid=fileT6fIbT Biblioteca]. | * D.M. Young y A.D. Crowell, ''Physical adsorption of gases'' (Butterworths, Londres, 1962).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=3&total=3&cid=fileT6fIbT Biblioteca]. | ||
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=== <span id="superconductividad">Superconductividad y Termodinámica</span> === | === <span id="superconductividad">Superconductividad y Termodinámica</span> === | ||
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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. | : 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. | ||
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* E.A. Lynton ''Superconductivity'', Wiley [1962] | * 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, 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. | : 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. | ||
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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> === | ||
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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. | : 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. | ||
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* 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] | ||
| Línea 143: | Línea 134: | ||
: 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. | : 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. | ||
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* L.I. Maissel and R. Glang, ''Handbook of Thin Film Technology'' (McGraw-Hill, 1970). | * 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).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=5&total=6&cid=fileEENR8H Biblioteca] | * C.R. Tellier y A.J. Tosser, ''Size Effects in Thin Films'' (Elsevier, Amsterdam, 1982).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=5&total=6&cid=fileEENR8H Biblioteca] | ||
| Línea 151: | Línea 141: | ||
: 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. | : 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. | ||
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* S. George, J.E. Fredrickson y A. Sankaranarayanan, ''Planck's Constant from Wien's Displacement Law'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.1988066 Am. J. Phys. 40 (1972) 621.] | * S. George, J.E. Fredrickson y A. Sankaranarayanan, ''Planck's Constant from Wien's Displacement Law'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.1988066 Am. J. Phys. 40 (1972) 621.] | ||
* R.E. Crandall y J.F. Delord, ''Minimal apparatus for determination of Planck’s constant'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.13405 Am. J. Phys. '''51''' (1983) 90.] | * R.E. Crandall y J.F. Delord, ''Minimal apparatus for determination of Planck’s constant'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.13405 Am. J. Phys. '''51''' (1983) 90.] | ||
* J. Dryzek y K. Ruebenbauer, ''Planck’s constant determination from black‐body radiation'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16904 Am. J. Phys. '''60''' (1992) 251.] | * J. Dryzek y K. Ruebenbauer, ''Planck’s constant determination from black‐body radiation'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.16904 Am. J. Phys. '''60''' (1992) 251.] | ||
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=== <span id="cuerpo-negro">Radiación de cuerpo negro</span> === | === <span id="cuerpo-negro">Radiación de cuerpo negro</span> === | ||
| Línea 162: | Línea 150: | ||
<!--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. | <!--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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=== <span id="busch">Determinación de la relación e/m para el electrón por el método de Busch</span> === | === <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 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. | : 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.--> | <!--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.--> | ||
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=== <span id="millikan">Determinación de la carga del electrón. Experimento de Millikan</span> === | === <span id="millikan">Determinación de la carga del electrón. Experimento de Millikan</span> === | ||
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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. | : 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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* R.C. Jones, ''The Millikan oil‐drop experiment: Making it worthwhile'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.18001 Am. J. Phys. '''63''' (1995) 970.] | * R.C. Jones, ''The Millikan oil‐drop experiment: Making it worthwhile'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.18001 Am. J. Phys. '''63''' (1995) 970.] | ||
* D.L. Anderson, ''The Discovery of the Electron'' (Van Nostrand Company, Princeton, 1964).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=3&total=14&cid=fileN3riDM Biblioteca] | * D.L. Anderson, ''The Discovery of the Electron'' (Van Nostrand Company, Princeton, 1964).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=3&total=14&cid=fileN3riDM Biblioteca] | ||
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=== <span id="c">Velocidad de la luz</span> === | === <span id="c">Velocidad de la luz</span> === | ||
: 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. | : 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 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. | : 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 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. | : 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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* S. Bader, ''SMOKE'', [http://dx.doi.org/10.1016/0304-8853(91)90833-V J. Magn. Magn. Mater. '''100''' (1991) 440], y sus referencias. | * S. Bader, ''SMOKE'', [http://dx.doi.org/10.1016/0304-8853(91)90833-V J. Magn. Magn. Mater. '''100''' (1991) 440], y sus referencias. | ||
| Línea 209: | Línea 182: | ||
: 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. | : 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. | ||
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* D.T. Pierce y R.L Byer, ''Experiments on the Interaction of Light and Sound for the Advanced Laboratory '', [http://dx.doi.org/10.1119/1.1987217 Am. J. Phys. '''41''' (1973) 314.] | * D.T. Pierce y R.L Byer, ''Experiments on the Interaction of Light and Sound for the Advanced Laboratory '', [http://dx.doi.org/10.1119/1.1987217 Am. J. Phys. '''41''' (1973) 314.] | ||
* J.F. Neeson y S. Austin, ''Sound velocity and diffraction intensity measurements based on Raman–Nath theory of the interaction of light and ultrasound'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.9936 Am.J.Phys. '''43''' (1975) 984.] | * J.F. Neeson y S. Austin, ''Sound velocity and diffraction intensity measurements based on Raman–Nath theory of the interaction of light and ultrasound'', [http://dx.doi.org/10.1119/1.9936 Am.J.Phys. '''43''' (1975) 984.] | ||
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=== <span id="pirani">Transferencia de calor a traves de un gas</span> === | === <span id="pirani">Transferencia de calor a traves de un gas</span> === | ||
: 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. | : 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. | ||
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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> === | ||
| Línea 225: | Línea 193: | ||
: 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. | : 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. | ||
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* G.F. Knoll, ''Radiation detection and measurement'' (Wiley, Nueva York, 1979).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=5&cid=fileoqHrVR Biblioteca] | * G.F. Knoll, ''Radiation detection and measurement'' (Wiley, Nueva York, 1979).[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=5&cid=fileoqHrVR Biblioteca] | ||
| Línea 232: | Línea 199: | ||
: 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. | : 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. | ||
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* A.C. Melissinos, ''Experiments in Modern Physics'' (Academic Press, Nueva York, 1966), pp. 43-52, 283-294, y 320-339.[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=2&cid=file7lZLhc Biblioteca] | * A.C. Melissinos, ''Experiments in Modern Physics'' (Academic Press, Nueva York, 1966), pp. 43-52, 283-294, y 320-339.[http://campi.cab.cnea.gov.ar/opacmarc/cgi-bin/wxis?IsisScript=/xis/opac.xis&task=BIB-RECORD&db=Falicov&curr=1&total=2&cid=file7lZLhc Biblioteca] | ||
| Línea 238: | Línea 204: | ||
: 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. | : 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. | ||
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<!-- === <span id="frank-hertz">Experiencia de Frank y Hertz: Potenciales de ionización y excitación</span> === | <!-- === <span id="frank-hertz">Experiencia de Frank y Hertz: Potenciales de ionización y excitación</span> === | ||
| Línea 246: | Línea 209: | ||
: El clásico experimento de Franck y Hertz de 1914 confirmó el modelo atómico que Bohr propuso un año antes para interpretar el espectro de radiación del átomo de hidrógeno. Por su importancia los autores recibieron el premio Nobel, aún cuando al momento de realizarlo desconocían el modelo de Bohr y la interpretación del experimento que ofrecieron fuese incorrecta. En el experimento original se bombardearon átomos de Hg con electrones obteniéndose información sobre las transferencias de energía desde el electrón incidente al átomo blanco. Dado que los niveles atómicos están cuantizados, la energía necesaria para transferir un electrón del átomo desde el estado fundamental a un estado excitado también toma valores discretos, los cuales pueden obtenerse a partir del experimento. Con el equipamiento disponible en el laboratorio de experimental 2 se puede repetir este experimento con diferentes gases (He, Ar, N2) y con diferentes geometrías de electrodos. | : El clásico experimento de Franck y Hertz de 1914 confirmó el modelo atómico que Bohr propuso un año antes para interpretar el espectro de radiación del átomo de hidrógeno. Por su importancia los autores recibieron el premio Nobel, aún cuando al momento de realizarlo desconocían el modelo de Bohr y la interpretación del experimento que ofrecieron fuese incorrecta. En el experimento original se bombardearon átomos de Hg con electrones obteniéndose información sobre las transferencias de energía desde el electrón incidente al átomo blanco. Dado que los niveles atómicos están cuantizados, la energía necesaria para transferir un electrón del átomo desde el estado fundamental a un estado excitado también toma valores discretos, los cuales pueden obtenerse a partir del experimento. Con el equipamiento disponible en el laboratorio de experimental 2 se puede repetir este experimento con diferentes gases (He, Ar, N2) y con diferentes geometrías de electrodos. | ||
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| Línea 252: | Línea 214: | ||
: 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. | : 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. | ||
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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]. | ||
| Línea 258: | Línea 219: | ||
=== <span id="antenas">Característica de emisión de antenas</span> === | === <span id="antenas">Característica de emisión de antenas</span> === | ||
: 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. | : 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> === | === <span id="guia_de_ondas">Guía de ondas</span> === | ||
| − | : El | + | : Una guía de onda es un objeto metálico hueco o relleno con un material dieléctrico, con un diseño geométrico específico que permite que una onda electromagnética se propague por el mismo. El ejemplo mas usual de guía de onda es el cable coaxil. En este experimento se miden las características de la transmisión de una onda por una guía de ondas diseñada para el rango de frecuencias de Gigahertz. Se observan los problemas generados por un acople de impedancias no ideal y se obtiene un valor para la impedancia del vacío. |
| − | + | === <span id="lockin">Adquisición de datos sincrónica (lock-in)</span> === | |
| − | |||
: 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. | : 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. | ||
| − | + | === <span id="PLL">Lazo de seguimiento de fase (PLL Phase locked loop)</span> === | |
| − | |||
: 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. | : 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. | ||
| − | + | === <span id="EIT">Tomografía por Impedancia Eléctrica</span> === | |
| − | |||
: 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. | : 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. | ||
| − | + | === <span id="ultrasonido">Difracción con Ultrasonido</span> === | |
| − | |||
: 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. | : 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 12:34 12 dic 2016
Prácticas Disponibles
| Temas cubiertos en los experimentos: | CF = Constantes Fundamentales (sobre la Medición de Constantes Fundamentales) |
| PM = Propiedades de Materiales | |
| VA = Alto Vacío | |
| ADQ = Adquisición de datos con PC | |
| TEL = Ingeniería en Telecomunicaciones | |
| MED = Orientación Física Médica | |
| DE = Nivel de dificultad experimental |
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.
- M. Mancuso et al, Magnetic drag in the quasi‐static limit: A computational method, Am. J. Phys. 59 (1991) 1118.
- M. Mancuso et al, Magnetic drag in the quasi‐static limit: Experimental data and analysis, ibid. 59 (1991) 1123.
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.
- H.J. Simon, D.E. Mitchell y J.C. Watson, Surface plasmons in silver films—a novel undergraduate experiment, Am. J. Phys. 43 (1975) 630.
- J.D. Swalen et al, Plasmon surface polariton dispersion by direct optical observation, Am. J. Phys. 48 (1980) 669.
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.
- 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.
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.
- 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.
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.
- 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.
- 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.
- S. George, J.E. Fredrickson y A. Sankaranarayanan, Planck's Constant from Wien's Displacement Law, Am. J. Phys. 40 (1972) 621.
- R.E. Crandall y J.F. Delord, Minimal apparatus for determination of Planck’s constant, Am. J. Phys. 51 (1983) 90.
- J. Dryzek y K. Ruebenbauer, Planck’s constant determination from black‐body radiation, Am. J. Phys. 60 (1992) 251.
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.
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.
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.
- R.C. Jones, The Millikan oil‐drop experiment: Making it worthwhile, Am. J. Phys. 63 (1995) 970.
- D.L. Anderson, The Discovery of the Electron (Van Nostrand Company, Princeton, 1964).Biblioteca
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.
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.
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.
- S. Bader, SMOKE, J. Magn. Magn. Mater. 100 (1991) 440, y sus referencias.
- L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon, Londres, 1960).Biblioteca
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.
- D.T. Pierce y R.L Byer, Experiments on the Interaction of Light and Sound for the Advanced Laboratory , Am. J. Phys. 41 (1973) 314.
- J.F. Neeson y S. Austin, Sound velocity and diffraction intensity measurements based on Raman–Nath theory of the interaction of light and ultrasound, Am.J.Phys. 43 (1975) 984.
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.
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.
- 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.
- 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.
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.
- J.B. Johnson, Thermal agitation of electricity in conductors, Phys. Rev. 32 (1928) 97.
- H. Nyquist, Thermal agitation of electric charge in conductors, Phys. Rev. 32 (1928) 110.
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.
Guía de ondas
- Una guía de onda es un objeto metálico hueco o relleno con un material dieléctrico, con un diseño geométrico específico que permite que una onda electromagnética se propague por el mismo. El ejemplo mas usual de guía de onda es el cable coaxil. En este experimento se miden las características de la transmisión de una onda por una guía de ondas diseñada para el rango de frecuencias de Gigahertz. Se observan los problemas generados por un acople de impedancias no ideal y se obtiene un valor para la impedancia del vacío.
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.
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.
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.
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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