Solución de las preguntas capitulo 4 del libro de física moderna Serway 3 edicion
1. ¿La teoría de Bohr del átomo de hidrogeno se basa en varias suposiciones? Analícelas, y determine su importancia. ¿alguna de estas suposiciones contradice la física clásica?
Una de las suposiciones más importantes es que el electrón mantiene constante su energía y no irradia energía, así como la cuantización del momento angular y la energía de las cuales contradecían la física clásica debido que según esta la energía y el momento angular es continua y que en las orbitas el electrón perdía energía hasta que llegaba a un colapso con el núcleo.
2. ¿suponga que el electrón en el átomo de hidrogeno cumple las leyes de la mecánica clásica, en vez de la mecánica cuántica. ¿Por qué un átomo hipotético como este emite un espectro continuo en vez del espectro de líneas observado?
Si los electrones obedecen la mecánica clásica, entonces todas las orbitas son permitidas, pueden ocupar cualquier estado de energía y si se excita, pueden absorber o emitir cualquier cantidad de energía, por lo tanto, las transiciones entre orbitas podrían ser arbitrariamente grandes o pequeñas, así obteniendo un espectro continuo de luz emitida.
3. ¿Es posible que el electrón en el estado fundamental del átomo de hidrogeno absorba un fotón de energía a)menor que 13.6ev y b) mayor que 13.6 ev?
Si ya que si el electrón absorbe una energía mayor a 13.6 podría convertirse en un electron libre y si absorbe menor a 13.6 puede transferirse a cualquiera de las orbitas siempre y cuando estas sean múltiplo entero de su energía inicial.
4. Explique el concepto de estado estacionario atómico. ¿por qué esta idea es de central importancia en la explicación de la estabilidad del átomo de Bohr?
Es un termino utilizado por Bohr para indicar el estado de un átomo estable, que no radia y que tiene una energía constante con el tiempo y es importante debido a que al no irradiar energía no perderá energía evitando que el electrón colapse con el núcleo.
5. ¿El principio de correspondencia de Bohr es valida solo para la teoría cuántica? ¿puede proporcionar un ejemplo de la aplicación de este principio a la teoría de la relatividad?
Si es válida ya que según esta correspondencia declara que por ejemplo en la mecánica cuántica cuando se este trabajando con partículas macroscópicas estas se deben corresponder a las predicciones de la mecánica clásica y se puede observar claramente que como la constante de Planck es muy pequeña y como n tiende a infinito entonces no se puede reconocer un estado de otro por lo tanto se ve un conjunto de líneas continuas. Cuando la relatividad toma lugar está también debe obedecer a la correspondencia cuando se trabaja con velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz por lo tanto también se corresponde con la mecánica clásica.
6. ¿Con base en las ideas de Bohr, explique por qué en absorción no es posible ver todas las líneas de emisión?
Porque si se tiene muchos fotones de todas las longitudes de ondas posible algunas serán absorbidas y otras no.
7. Los resultados de mediciones y cálculos clásicos a veces se denominan números clásicos. Compare y explique las diferencias entre los números cuánticos y los clásicos.
Los números clásicos son números continuos y cualquier número es permitido, por otro lado, los números cuánticos son números múltiplo enteros.
8. ¿Qué factor provoca el ancho finito en los picos de la curva I-V del experimento de Franck-Hertz?
Es provocado debido a que se alcanza un voltaje de 4.9v haciendo que los electrones pierden energía debido a las colisiones elástica con los electrones del mercurio. Los electrones del mercurio no aceptan energía hasta que se alcance un umbral para elevarlos a un estado excitado. Según los resultados de este experimento producen caídas de corrientes múltiples de 4,9v.
9. Un electrón con energía cinética de 4,9ev choca inelásticamente con un átomo estacionario de mercurio. Explique en forma cualitativa por que casi 100% de la energía del electrón podría utilizarse para hacer subir el átomo a un primer estado excitado.
Los electrones pueden transferir casi toda su energía cinética al átomo debido a que esta entrega energía suficiente para excitar el átomo hasta el primer estado.
10. ¿Por qué en el experimento de Frank-Hertz no se aprecian otras caídas de corriente correspondientes a la excitación del átomo de mercurio al segundo estado excitado, tercer estado excitado, etc.?
Porque la energía esta cuantizada y por naturaleza este electrón entrega energía múltiplos de 4,9v. Así cuando alcanza una grande energía no transfiere todas su energía sino que debido a las colisiones elásticas golpea un numero de electrones de mercurio igual al número cuántico de energía que este adquiere.
11. a continuación se muestran cuatro transiciones posibles para un átomo de hidrogeno:
A) ni=2, nf=5
B) ni=5, nf=3
C) ni=7, nf=4
D) ni=4, nf=7
a)¿ Que transición generan los fotones que tienen la longitud de onda mas corta? b)¿ para que transición el átomo gana mayor energía? c) ¿para que transición o transiciones el átomo pierde energía?
a) la transición B)
b) la transición D)
c) para las transiciones B), C)
