ESCUELA DE HUMANIDADES Ciencias Básicas

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1 ASIGNATURA FÍSICA MODERNA CODIGO CB0123 SEMESTRE INTENSIDAD HORARIA 80 horas semestral CARACTERÍSTICAS Suficientable CRÉDITOS 4 ESCUELA DE HUMANIDADES Ciencias Básicas 1. JUSTIFICACIÓN CURSO Los inicios del siglo XX marcan una nueva etapa en la historia de la física. De un lado surge una nueva concepción de los intercambios de energía entre materia y radiación y se introduce la noción fundamental de la estructura cuántica de la energía y de la materia; desaparecen los conceptos de espacio absoluto y tiempo absoluto y se genera la noción de fotón o quantum de luz, lo que introdujo la dualidad onda partícula. Está nueva comprensión de la naturaleza, la cual rompe con la concepción clásica construida por Isaac Newton e Galileu Galilei, origina la así denominada Física Moderna, convirtiéndose en el punto de referencia desde el cual se vislumbran algunos de los nuevos desarrollos de la física como la mecánica cuántica, la física del estado sólido, semiconductores y superconductores, y la física nuclear. El curso se enmarca dentro de la secuencia denominada Física en Contexto, se ubica en el Ciclo de Formación Científica correspondiente al semestre 6. Este está orientado hacia los elementos teóricos básicos que han permitido desarrollar algunas de las tecnologías de la actualidad, tales como la microelectrónica, las centrales de energía nuclear, los microscopios de tunelamiento, fuerza atómica y de barrido, entre muchas otras aplicaciones tecnológicas. La primera parte del curso presenta una visión global sobre la relatividad especial, radiación del cuerpo negro, para luego entrar a los conceptos del fotón y del átomo, siguiendo con los desarrollos sobre partículas y ondas, la ecuación de Schrodinger y finalmente con elementos de la física nuclear, física del estado sólido y finalmente unos conceptos básicos de física estadística 2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO 2.1. Al finalizar el curso, el estudiante estará en capacidad de: 2.2. a. Tener una visión histórica de las nociones más importantes de la física moderna b. Asimilar conceptualmente las ideas de interacción entre partículas y campos, leyes de conservación y la descripción atómica de la materia. 1/6

2 2.4. c. Vincular e identificar en los desarrollos tecnológicos actuales, los conceptos adquiridos en el curso. 3. DESCRIPCIÓN ANALÍTICA DE CONTENIDOS 3.1. El experimento de Michelson Morley Luz, éter y electromagnetismo Invariabilidad de las leyes Físicas Cinemática Relativista Dilatación del tiempo Contracción de la longitud Relatividad de la simultaneidad Transformaciones de Lorentz Sincronización de relojes Dinámica Relativista Cantidad de movimiento relativista Energía relativista Equivalencia masa, energía Partículas de masa en reposo cero El efecto Doppler Espectro de la Radiación Electromagnética Radiación Térmica Radiación del Cuerpo Negro Ley de Stefan - Boltzmann Ley de desplazamiento de Wien Ley de Wien Ley de Raileigh, Jeans Teoría cuántica de la Radiación del Cuerpo Negro Detectores de Radiación Efecto Fotoeléctrico (EF) Descubrimiento del EF Resultados experimentales de EF Explicación clásica del EF Explicación Cuántica del EF Efecto Compton (EC) Descubrimiento del EC Teoría Cuántica del EC Espectroscopia. 2/6

3 Espectros Atómicos Espectro Atómico de Emisión Espectro Atómico de Absorción Series Espectrales del Átomo de Hidrogeno Modelos Atómicos Historia del átomo Modelo atómico de Thomson Modelo atómico de Rutherford Teoría de la dispersión de partículas Modelo de Bohr para el átomo de Hidrógeno Experimento de FrancK, Hertz Rayos X Descubrimiento y propiedades de los Rayos X Emisión y Espectro de Rayos X Determinación de la carga nuclear Absorción de Rayos X Ondas de Materia Experimento de Davisson - Germer Principio de Incertidumbre de Heisemberg Partículas y paquetes de onda Principio de incertidumbre Principio de incertidumbre energía - tiempo Mecánica cuántica ondulatoria Interpretación estadística de la función de onda Ecuación de Schrodinger Operadores mecano cuánticos Valor esperado de una variable dinámica Deducción de la ecuación de Schrodinger Aplicaciones de la ecuación de Schrodinger Escalón de potencial Caja de potencial unidimensional Caja de potencial tridimensional Potencial de fuerzas centrales Barrera de potencial Dispositivos como barreras de potencial y tunelamiento Oscilador Armónico Clásico. 3/6

4 3.30. Oscilador Armónico Cuántico Solución de la Ecuación de Schrodinger Energía de un Oscilador Armónico Cuántico Densidad de Probabilidad El átomo de Hidrogeno Solución de la Ecuación de Schrodinger Energía de un átomo de Hidrogeno Función de Onda para átomos de Hidrogeno Números cuánticos Densidad de probabilidad radial Momentos Angulares Operador de Momento Angular Orbital Cuantización del espacio Reglas de selección Efecto Zeeman Momento Angular de Spin Momento Angular Total Elementos de la Física Nuclear Componentes del núcleo Unidad de masa atómica Fuerza nuclear y energía de enlace Radiactividad Natural Isótopos y estabilidad isotópica Determinación de la masa isotópica y su abundancia Vida media y vida promedio Series radiactivas Radiactividad Artificial Reacciones nucleares Descubrimiento de radiactividad artificial Fisión y Fusión Nuclear Fisión nuclear Fusión nuclear El estado sólido Tipos de fuerza que se presentan en los cristales Enlace iónico Enlace covalente. 4/6

5 Enlace de Van der Waals Enlace metálico Propiedades eléctricas de los sólidos Conductividad eléctrica en los metales Comportamiento de los electrones en los cristales Vibraciones de la red cristalina Modelo de la cadena monoatómica Modelo de la cade 4. EVALUACIÓN El reporte de notas será discriminado en un 60% y un 40%. La distribución de estas notas es la siguiente, en la semana 6 se realizará el primer parcial con un valor del 20%, en la semana 10 el segundo parcial con el mismo valor (20%) y en la semana 15 el último parcial con un valor del 20%. El 40% restante corresponde al seguimiento de la siguiente manera: Experimentos y simulaciones (10%), Lecturas y o visitas a otras identidades externas a la universidad (10%) y casos de estudio (20%). Cuando no se tiene casos de estudio ni experimentos las actividades tienen igual peso. La fecha limita para reportar el 70%, será la primera clase de la semana 15 y la fecha límite para cancelar la materia será la semana 14. Nota: solo los parciales tienen supletorios, los cuales se deben cancelar a la universidad. 5. BIBLIOGRAFIA GENERAL L i b r o s T i p l e r H. M O D E R N P H Y S I C S, L T M - R. S e r w a y y o t r o s. F I S I C A M O D E R N A. - K.Krane: MODERN PHYSICS. L530K896E2 - Alonso, M, Finn, J. E. Fìsica, Volumen III: Fundamentos cuùanticos y Estadìsiticos. A d d i s o n W e s l e y L o n g m a n, Garcia C. Mauricio y Ewert D. Jeannine "Introducción a la Física Moderna", Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. Ed. UNAL, ISBN: 958,17, 0018, Eisberg M. Robert, Fundamentos de Física Moderna, Ed. Limusa, México, Feynman, P. R., Leighton, R. Física, Volumen :I, II y III, Addison Wesley I b e r o a m e r i c a n a, Sze, S. M, Physics of Semiconductor Devices, 2da. Ed., John Wiley & Sons, Aschroft, W. N, Mermin, D. A, Solid State Physics, Saunders College Publishing, /6

6 Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Frank Laloe, Quantum Mechanics. Wiley-Interscience, Artículos de Revistas. P á g i n a s E l e c t r ó n i c a s /6