Cien
años de mecánica cuántica
Propuesta de actividades basadas en el descubrimiento de Max Planck sobre la Teoría de la Ley de Distribución de Energía en el Espectro Continuo ahora hace cien años.
Noticia de referencia:
El
País: 13 de diciembre de 2000 (Futuro)
PLANTEAMIENTO
Objetivo general:
A
partir de esta actividad, los alumnos estudiarán teorías antecesoras de la
física moderna y su influencia en la actual tecnología. Concretamente,
analizarán el problema de la radiación del cuerpo negro y las hipótesis de
Planck que han supuesto, en el último siglo, una auténtica revolución en el
conocimiento y predicción de todos los fenómenos físicos.
Autores:
José Ignacio Bejarano, profesor de Física
del Colegio Lourdes (Madrid).
Inés Martínez, Editorial Santillana.
Nivel y curso:
2º
curso de Bachillerato.
Área:
Física.
Tiempo:
Una
sesión de 60 minutos.
Objetivos:
Los
alumnos y las alumnas serán capaces de:
·
Conocer e interpretar la Ley de Distribución Espectral,
para la radiación emitida por un cuerpo, propuesta por Planck en 1900.
·
Manejar el modelo matemático que soporta esta teoría, así
como representar gráficamente la función interpretando la gráfica.
·
Buscar y seleccionar información específica a partir de
bibliografía especializada y en Internet.
·
Valorar el trabajo en equipo, así como la contribución de
la física moderna al progreso del ser humano.
·
Ampliar su vocabulario científico elaborando un glosario
concreto de la actividad.
Materiales:
-
Acceso a Internet.
-
Enciclopedia de Ciencia y Tecnología.
-
Diccionarios técnicos.
-
Libros de texto de Física de 2º curso de Bachillerato.
DESARROLLO
Actividades de comprensión:
1. A partir de la
lectura de referencia, los alumnos -divididos previamente en grupos de cuatro
personas como máximo- deberán analizar los términos científicos del texto:
distribución, espectro, absorción, emisión, radiación, cuanto, infrarrojo,
cuerpo negro, mecánica cuántica, constante de Planck, transistor, láser y
resonancia magnética. A continuación, tendrán que elaborar un listado con sus
definiciones a partir del material de la biblioteca de aula.
2. Esta actividad se
basa en la búsqueda directa de información acerca de la hipótesis de Planck
encontrando e interpretando la expresión matemática de la función de
distribución espectral del cuerpo negro ideal. Para realizar esta actividad
tienen que consultar sus libros de texto de Física y algunos manuales de la
biblioteca de aula.
3. Esta actividad de
comprensión consiste en completar el siguiente cuadro, tras leer atentamente el
texto de referencia y efectuar la actividad anterior. Señala si son verdaderas (V) o falsas (F) las
afirmaciones que se realizan:
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V |
F |
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El 18 de diciembre de 1900 Planck expuso su Teoría acerca de la emisión energética de los cuerpos. |
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Un objeto cuyo color sea blanco
refleja menos radiación que uno de color oscuro. |
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El hierro cuando toma un color
blanco se encuentra a una temperatura superior que cuando se encuentra al
rojo. |
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La forma de la distribución
espectral varía con la temperatura del cuerpo. |
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Cuando aumenta la temperatura,
la longitud de onda máxima se desplaza en la gráfica P-λ hacia la izquierda: disminuye. |
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Según la hipótesis
complementaria de Planck, el número de osciladores de baja frecuencia es
siempre inferior al de osciladores de alta frecuencia. |
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Actividades individuales de
aplicación:
1. La longitud de onda
en la que es máxima la emisión de radiación de Vega, estrella azulada de
constelación Lira, es de 282 nm. Calcula, utilizando
la ley del desplazamiento de Wien, la temperatura a
la que se encuentra su superficie.
2. Calcula la relación
entre la energía emitida por un cuerpo negro a 1500 K y a 300 K.
3. Calcula el número de
fotones por unidad de tiempo que emite una lámpara, cuya potencia de emisión es
de 60 W, si la longitud de onda de la luz emitida es de 590 nm.
Sugerencias para el debate:
¿Qué
magnitud pensáis que tiene el alcance predictivo de la mecánica cuántica y su
influencia en nuestra calidad de vida actual?
¿Podríais
comentar cuál era la situación de la comunidad científica a finales del pasado
siglo y cuál pensáis que fue el caldo de cultivo y el detonante de la física
moderna?
Otras actividades
sugeridas:
1. Elabora una tabla de
valores a partir de la ley de distribución espectral de Planck para diferentes
temperaturas (3000, 5000, 6000, 7000 K) y representa gráficamente esos valores
comprobando cómo se desplaza el máximo de λ.
2. Busca información (en
este momento hay mucha en Internet a causa del centenario) y redacta un
comentario acerca de las teorías antecesoras a la de Planck y los físicos
implicados en las mismas.
3. Elabora un listado de
aplicaciones concretas actuales de la mecánica cuántica en distintos campos de
la ciencia, completando el listado con una breve explicación de cada una de
ellas.
Para saber más:
Asociación Ciencia hoy
http://www.cienciahoy.org/linkfisi.htm
Planck y la revolución cuántica
http://fisteo.uv.es/catala/planck/planck.html
Curso de introducción a la mecánica cuántica
http://luthien.nuclecu.unam.mx/~vieyra/cuant1.html
Max Planck:
autobiografía científica