Flashcards: Física moderna

Totes les targetes del tema

Per fer-hi una ullada ràpida o repassar-les en paper.

1. 1. Què és un fotó i quina energia té?

   Un paquet d'energia de llum. La seva energia depèn només de la freqüència: $E = h f$, amb $h = 6{,}63 \cdot 10^{-34}\ \mathrm{J \cdot s}$ la constant de Planck.

2. 2. Com s'escriu l'energia d'un fotó en funció de la seva longitud d'ona?

   $E = hc/\lambda$, perquè $c = \lambda f$. Com més curta és la longitud d'ona (blau, ultraviolat), més energètic és el fotó.

3. 3. Què és l'efecte fotoelèctric?

   L'emissió d'electrons per part d'un metall quan hi incideix llum de freqüència prou alta. Einstein el va explicar suposant que la llum arriba en fotons.

4. 4. Equació de l'efecte fotoelèctric i significat de cada terme.

   $E_c = hf - W$: $hf$ és l'energia del fotó, $W$ el treball d'extracció del metall (l'energia mínima per arrencar un electró) i $E_c$ l'energia cinètica màxima de l'electró.

5. 5. Què és la freqüència llindar d'un metall?

   La freqüència mínima perquè hi hagi efecte fotoelèctric: $f_0 = W/h$. Per sota no surt cap electró, per molta llum que hi posis.

6. 6. Error típic: confondre $f$ amb $f_0$ a l'efecte fotoelèctric. Què és cadascuna?

   $f$ és la freqüència del fotó que arriba i $f_0$, la freqüència llindar del metall. Si $f > f_0$, en surten electrons amb $E_c = h(f - f_0)$.

7. 7. Si augmentes la intensitat de la llum (amb $f > f_0$), què canvia a l'efecte fotoelèctric?

   Surten més electrons, però no més ràpids: l'energia cinètica de cada electró només depèn de la freqüència de la llum.

8. 8. Què és el potencial de frenada a l'efecte fotoelèctric?

   La diferència de potencial que atura fins i tot els electrons més ràpids: $e\,V_f = E_c$, on $E_c$ és l'energia cinètica màxima. Permet mesurar $E_c$ experimentalment.

9. 9. Quina és la idea central del model atòmic de Bohr?

   Els electrons d'un àtom només poden tenir certes energies concretes, els nivells d'energia, com els esglaons d'una escala. No es poden quedar entre dos nivells.

10. 10. Quan un electró salta de nivell, quan emet un fotó i quan l'absorbeix?

    Si baixa a un nivell inferior, perd energia i emet un fotó. Si puja a un nivell superior, n'absorbeix un.

11. 11. Quina energia té el fotó emès o absorbit en un salt entre dos nivells?

    Exactament la diferència d'energia entre els dos nivells: $hf = |E_2 - E_1|$. Aquesta energia fixa la freqüència del fotó, és a dir, el seu color.

12. 12. Per què els espectres atòmics són de ratlles i no continus?

    Com que els nivells d'energia són fixos, només hi ha uns quants salts possibles i cadascun dona un fotó d'una freqüència concreta. Cada element té el seu espectre, com una empremta.

13. 13. Què és la dualitat ona-corpuscle?

    La llum i la matèria es comporten com a ona en uns experiments (difracció, interferència) i com a partícula en d'altres (efecte fotoelèctric). Cap dels dos models sol no les descriu del tot.

14. 14. Fórmula de la longitud d'ona de De Broglie i significat de cada símbol.

    $\lambda = \dfrac{h}{m v}$: $h$ és la constant de Planck, $m$ la massa de la partícula i $v$ la seva velocitat. També s'escriu $\lambda = h/p$, amb $p$ la quantitat de moviment.

15. 15. Per què no veiem el comportament ondulatori d'una pilota de tennis però sí el d'un electró?

    Per la massa: a $\lambda = h/(mv)$, una massa gran dona una $\lambda$ inapreciable. L'electró, molt lleuger, té una $\lambda$ de l'ordre de la mida dels àtoms i difracta.

16. 16. Error típic: aplicar $\lambda = h/(mv)$ a la llum. Què és el correcte?

    La fórmula de De Broglie és per a partícules amb massa (electrons, protons). La longitud d'ona de la llum surt de $c = \lambda f$.

17. 17. Quins són els dos postulats de la relativitat especial?

    Les lleis de la física són les mateixes per a tots els observadors inercials, i la velocitat de la llum al buit, $c$, és la mateixa per a tothom, es mogui com es mogui.

18. 18. Què és el factor $\gamma$ de la relativitat i quins valors pren?

    $\gamma = \dfrac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$. Sempre és $\gamma \geq 1$: val pràcticament 1 a velocitats quotidianes i creix sense límit quan $v$ s'acosta a $c$.

19. 19. Què és la dilatació del temps?

    Un rellotge en moviment va més a poc a poc per a l'observador en repòs: $\Delta t = \gamma\,\Delta t_0$, on $\Delta t_0$ és el temps propi, el que mesura qui viatja amb el fenomen.

20. 20. Com depèn la massa d'un cos de la seva velocitat, segons la relativitat?

    $m = \gamma\,m_0$, amb $m_0$ la massa en repòs. Creix amb la velocitat i tendeix a infinit quan $v$ s'acosta a $c$: per això cap cos amb massa no pot arribar a $c$.

21. 21. Què diu l'equivalència massa-energia?

    La massa és una forma d'energia: $E = m c^2$. Com que $c$ és enorme, una massa petita equival a una energia immensa: un sol gram, uns $9 \cdot 10^{13}\ \mathrm{J}$.

22. 22. Error típic: oblidar el quadrat a $E = mc^2$. Quant val $c^2$?

    $c^2 = (3 \cdot 10^8)^2 = 9 \cdot 10^{16}\ \mathrm{m^2/s^2}$. Si no eleves al quadrat, l'energia et surt $3 \cdot 10^8$ vegades més petita.

23. 23. Quins són els tres tipus de radioactivitat i què emet cadascun?

    Alfa ($\alpha$): un nucli d'heli, amb 2 protons i 2 neutrons. Beta ($\beta$): un electró ràpid. Gamma ($\gamma$): radiació electromagnètica molt energètica.

24. 24. Què és la semivida d'un isòtop radioactiu?

    El temps que triga a desintegrar-se la meitat dels nuclis d'una mostra. Al cap de $n$ semivides en queda $N_0/2^n$, i no depèn de quanta mostra hi hagi.

25. 25. Llei de la desintegració radioactiva i relació entre $\lambda$ i la semivida.

    $N = N_0\,e^{-\lambda t}$, amb $N_0$ els nuclis inicials i $\lambda$ la constant de desintegració. Es relaciona amb la semivida $T$ per $\lambda = \ln 2/T$.

26. 26. Què és l'activitat d'una mostra radioactiva?

    El nombre de desintegracions per segon: $A = \lambda N$. Es mesura en becquerels ($1\ \mathrm{Bq}$ = 1 desintegració per segon) i baixa com $A = A_0\,e^{-\lambda t}$.

27. 27. D'on surt l'energia que s'allibera en una reacció nuclear?

    De la diferència de massa: els productes tenen una mica menys de massa que els reactius, i aquesta diferència es converteix en energia, $E = \Delta m\,c^2$.