El documento presenta un problema de física sobre la identificación de un metal a partir de datos experimentales sobre el potencial de frenado de electrones al incidir luz de diferentes longitudes de onda. Se proporcionan ecuaciones para calcular el potencial de frenado en función de la longitud de onda y la función de trabajo del metal, y se plantea que el potencial de frenado para 445 nm es el 70% del que resulta para 410 nm.

1. S2P25) Un fotón de 0,70 MeV se
dispersa por medio de un Electrón de retroceso
electrón libre de modo que
el ángulo de dispersión del Fotón incidente φ
fotón es el doble del λ0 θ = 2φ
ángulo de dispersión del
Fotón dispersado
electrón. Determine a) el
ángulo de dispersión para λ’
el electrón y b) la
velocidad final del electrón.
SOLUCION:
a)
pe
p0 φ
λ0 θ = 2φ
p’, λ’
Asumiendo las siguientes ecuaciones,
De la conservación del p,
 ' 0    c  1  cos( ) ...(1)
De la componente y del p,
0  pe sen  p ' sen 2 ...(2)
De la conservación de la energía,
E0  E0,e  E '  Ee ...(3)

2. E h h
E
y, p       c
c c 
Reescribiendo (1), (2) y (3) en términos del p,
De (1),
h h 1 1 
  c  1  cos( ) ...(1 ')    c  1  cos( )
p ' p0 p ' p0 h
1 1 2
  c sen 2 ...(1')
'
p ' p0 h
(2) queda,
pe  2 p 'cos ...(2 ')
y de (3),
  p c 
1
 
2 2 2
p0 c  me c 2  p 'c  e
 me c 2
...(3')
Ahora, transformando (3’),
   
2 2
 p  p '  m  c   p 2 e  me c
 0 e 
p       
2 2 2
0  p '  2 p0  p ' me c  me c  p 2e  me c
1
Multiplicando la expresión anterior por, 2 ,
4 p '

3.  p0 1 
  
2

p0  p ' me c  pe 

 2
 2  ...(3'')
 2 p ' 2  2 p '  2 p ' 
De (2’) en (1’’),
2c  
2
1 1  pe 
   1   
p ' p0 h   2 p '  

p0 1 p c   pe 
2

  0  1   
2 p ' 2 h   2 p '  
2
h  p0 1   p 
    1   e  ...(1''')
p0 c  2 p ' 2   2 p ' 
Sumando estas dos últimas ecuaciones y ordenando,
2
 p0 1   m  c h   p0 1 
    e      1  0...( I )
 2 p ' 2   p ' c p0   2 p ' 2 
1 4 4 2 4 43
 p0 1 
2
 2m  c  p 1   m c h    p0 1 
    e

0
   e       1  0
 2 p ' 2   p0  2 p ' 2   p0 c p0    2 p ' 2 
1444444 24444444
4 3
2
 2m  c   p0 1   m c h   p0 1 
 1 e      e      1  0
 p0   2 p ' 2 
1 4 2 43  p0 c p0  2 p ' 2 
 1 4 2 43
 
 2 ER ,e   ER ,e  0 
 1       1  0
2
 E 0   E 0 c 

4. Reemplazando los siguientes valores,
0
ER ,e  0,511 MeV , E 0  0, 70 MeV y  0, 73
c
 2  (0,511)  2  0,511 
 1     0, 73   1  0
 (0, 7)   0, 7 
2, 46 2  1, 46  1  0
  0, 407
p0 1 ' 1
     0, 407
2 p ' 2 20 2
0  '
De (1), (  1)   1  cos( )
c 0
  0, 73 (0,814)   1  cos( )
   66º    33º
b) De (2’),
h h h
pe   me v  2 cos   v  2 cos
' c c '
v
c c c 2cos
 2 cos  2 cos   1,331
' 2 '  ' 0
 v
1   0 c
 c
' 
Usando para el resultado anterior,  1, 726 y 0  0, 73
0 c
v  0, 799c

5. S2P38) a) Calcule la longitud de onda (en nm) más corta en cada una de las
series espectrales del hidrogeno: Lyman, Balmer, Paschen y Brackett.
b) Calcule la energía (en eV) del fotón de más alta energía producido en cada
serie.
SOLUCION:
a) Las series espectrales están regidas por la siguiente expresión,
1  1 1 
 RH  2  2 
  n 
 f ni 
1  1 1 
de tal forma que para Lyman,  RH   2 ,
  1 ni 
1  1 1 
para Balmer,  RH   2  ,
  4 ni 
1  1 1 
para Paschen,  RH   2 ,
  9 ni 
1  1 1 
y para Brackett,  RH   2 ,
  16 ni 
en todos los casos los min se producen para ni   , debido a que es el
mayor ancho de energía posible la emisión. Con lo cual los min resultan,
1
Lyman: min   91,1 nm ,
RH
4
Balmer: min   364,5 nm ,
RH
9
Paschen: min   819,9 nm y
RH
16
Brackett: min   1457, 6 nm
RH
b) Para la determinación de las más altas energías de cada serie, se procede
a encontrar una ecuación de energía de fotón en función de las s, de la
siguiente forma,

6. c  6, 63  10   3 10   1243
34 8
E  h  h 
  
1243
E  eV  
  nm 
Aplicándola para cada serie,
Lyman: EL  eV   13, 6 ,
Balmer: EL  eV   3, 4 ,
Paschen: EP  eV   1,5 y
Brackett: EBr  eV   0,9

7. S2P18) Cuando luz de 445 nm incide sobre cierta superficie metálica, el
potencial de frenado es 70,0% del que resulta cuando luz de 410 nm
incide sobre la misma superficie metálica. Con base en esta
información y la siguiente tabla de funciones de trabajo, identifique el
metal implicado en el experimento.
Metal Función de trabajo (eV)
Cesio 1,90
Potasio 2,24
Plata 4,73
Tungsteno 4,58
Solución:
Ek ,max  h  
c
Ek ,max  h   , V f  Ek ,max

hc
Vf  

hc 
1  445nm  V f1    L (1) 
1 
 V f1  0,7V f2 L (3)
hc
2  410  V f2 ,    L (2) 
2 

8. hc

(1) 1 hc hc
 (3) : 0,7   0,7  0, 7  
(2) hc
 2 1
2
 1 0,7  hc  1 0,7 
 0,3  hc        
 1 2  0,3  1 2 
 6,63  10   3  10
34 8
  1 0,7 
   
0,3  445  109 410  109 
 1017  0,0358
  2, 24 eV  K