Ciencias exactas y naturales



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FORMATO OFICIAL DE MICRODISEÑO CURRICULAR

FACULTAD: CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

PROGRAMA: FISICA

1. IDENTIFICACIÒN DEL CURSO

NOMBRE DEL CURSO: LABORATORIO DE FÍSICA ATÓMICA

CÓDIGO: BEEXFS22

No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 2 HORAS SEMANALES: 3

REQUISITOS: FÍSICA ATÓMICA Y NUCLEAR

AREA DEL CONOCIMIENTO: COMPONENTE BÁSICO

UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR: FÍSICA


X

COMPONENTE BÁSICO COMPONENTE FLEXIBLE

TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE

Actividad Académica del Estudiante

Trabajo Presencial

Trabajo Independiente

Total

(Horas)


Horas 96

48

48

96

2. PRESENTACIÓN RESUMEN DEL CURSO

El alumno estudiará los conceptos y teorías que constituyen el saber científico que da cuenta del desarrollo y resultados de los experimentos que hacen parte de este curso de laboratorio sobre estructura atómica y radiaciones ionizantes.


3. JUSTIFICACIÓN

Es imprescindible un curso de Laboratorio de física atómica y nuclear en la formación del profesional en Física, puesto que su formación científica le exige tener un marco conceptual sobre las teorías y métodos experimentales que dan cuenta de los experimentos de este curso, el cual está relacionado con la constitución de los átomos y radiaciones ionizantes (Rayos X).



4. COMPETENCIAS GENERALES

COMPETENCIAS GENERALES

SABER

INTERPRETATIVA

El estudiante deberá adquirir la capacidad de expresar con sus propias palabras y explicar cuál es el fundamento científico que permite tener una explicación comprensible de los experimentos seleccionados para este curso de laboratorio, sobre estructura atómica.

ARGUMENTATITVA

El estudiante deberá ser capaz de dar razón de las teorías, principios, leyes y métodos experimentales involucrados en cada uno de los experimentos a realizar en este curso.

PROPOSITIVA

El estudiante deberá ser capaz de proponer sus propios argumentos y puntos de vista respecto al curso de Laboratorio de física atómica y nuclear.

HACER

El estudiante deberá estar en capacidad de valorar la importancia del curso de Laboratorio de física atómica y nuclear para interpretar las teorías estudiadas en el curso teórico de Física Atómica y Nuclear. Deberá reconocer la importancia de estos experimentos y sus implicaciones.

SER

El estudiante deberá reconocer la importancia de estos conocimientos físicos estudiados experimentalmente, para mejorar su comprensión científica del átomo y del núcleo.

5. DEFINICION DE UNIDADES TEMATICAS Y ASIGNACÓN DE TIEMPO DE TRABAJO PRESENCIAL E INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE POR CADA EJE TEMÁTICO.

No.

TOTALES'>NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS

DEDICACIÒN DEL ESTUDIANTE (horas)

HORAS TOTALES

(a+b)


a) Trabajo Presencial

b) Trabajo Independiente

1

Serie de Balmer – Determinación de la constante de Rydberg

3

3

6

2

Características del tubo contador Geiger – Müller.

3

3

6

3

Dosimetría de Rayos X: (Corriente de ionización en función del voltaje de placa)

3

3

6

4

Dosimetría de Rayos X: (Corriente de ionización en función de la corriente y voltaje anódicos)

3

3

6

5

Carga específica del Electrón

3

3

6

6

Efecto fotoeléctrico

3

3

6

7

Difracción de Bragg

3

3

6

8

Difracción del Electrón

3

3

6

9

Espectro característico de Rayos X para el Cobre.

3

3

6

10

Espectro característico de Rayos X para Molibdeno

3

3

6

11

Intensidad de los Rayos X del espectro característico del cobre, o espectro de líneas, como una función de la corriente y voltaje anódicos.

3

3

6

12

Ley de desplazamiento de Duane – Hunt y cálculo de la constante de Planck.

3

3

6

13

Absorción de Rayos X

3

3

6

14

Dispersión Compton de R-X

3

3

6

15

Discontinuidades o bordes de absorción K de Rayos X

3

3

6

16

Experimento de Frank - Hertz

3

3

6

TOTAL

48

48

96

6. PROGRAMACIÒN SEMANAL DEL CURSO

Unidad

Temática


No.

Semanas


CONTENIDOS TEMÁTICOS

ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS

PEDAGOGICAS



H.T.P.

H.T.I.

Clases

Laboratorio

y/o práctica



Trabajo

Dirigido


Trabajo

independiente



1

1

  • Determinar la constante de la rejilla de difracción a partir de las líneas espectarles del mercurio

  • Determinar la longitud de onda de las líneas de la serie de Balmer en el espectro del hidrógeno y calcular la constante de Rydberg.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

2

2

  • Obtener la curva de respuesta para el tubo contador de Geiger – Müller.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

3

3

  • Determinar el volumen de aire ionizado entre dos placas de condensador.

  • Obtener la gráfica de la corriente de ionización como una función del voltaje de placa para los máximos valores de voltaje y corriente aplicados al tubo de rayos X, para cada uno de los colimadores, de diámetro 2mm y 5mm.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

4

4

  • Obtener la gráfica de la corriente de ionización como una función de el voltaje anódico VA para una corriente anódica IA – 1 mA.

  • Obtener la gráfica de la corriente de Ionización como una función de la corriente anódica IA, para un voltaje anódico VA = 35 Kv

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

5

5

  • A partir de electrones acelerados en el interior de un tubo de rayo filiforme y en un campo magnético creado por bobinas de Helmholtz calcular la relación carga – masa, e/m.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

6

6

  • Calcular la constante de Planck a partir del efecto fotoeléctrico

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

7

7

  • Demostrar experimentalmente la condición de Bragg

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

8

8

  • Estudiar el fenómeno de difracción del electrón y calcular la distancia entre planos atómicos para la primera y segunda familia de planos atómicos del grafito.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

9

9

  • Analizar la intensidad de los rayos X emitidos por un material anódico de Cobre como una función del ángulo de Bragg y con la ayuda de un monocristal de Fluoruro de Litio, LiF.

  • Analizar la intensidad de los rayos X emitidos por un material anódico de Cobre como una función del ángulo de Bragg y con la ayuda de un monocristal de Bromuro de Potasio, KBr

  • Calcular los valores de la energía, E, y E, para el espectro de líneas característico del Cobre, a partir de los espectros obtenidos con cada monocristal, y para cada orden de difracción.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

10

10

  • Analizar la intensidad de los rayos X emitidos por un material anódico de Molibdeno como una función del ángulo de Bragg y con la ayuda de un monocristal de Fluoruro de Litio, LiF.

  • Analizar la intensidad de los rayos X emitidos por un material anódico de Molibdeno como una función del ángulo de Bragg y con la ayuda de un monocristal de Bromuro de Potasio, KBr.

  • Calcular los valores de la energía, E, y E, para el espectro de líneas característico del Molibdeno, a partir de los espectros obtenidos con cada monocristal, y para cada orden de difracción.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

11

11

  • Obtener el espectro de líneas del Cobre para diferentes voltajes anódicos.

  • Graficar el incremento de la intensidad de los rayos X para las líneas E, y E, en función, tanto de la corriente anódica como del voltaje anódico.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

12

12

  • Graficar el espectro de Rayos X que es emitido por un ánodo de Cobre, para diferentes voltajes anódicos, como una función del ángulo de Bragg, con la ayuda de un monocristal analizador de Fluoruro de Litio, LiF.

  • Determinar la longiturd de onda más corta, ƛ de la radiación de frenado (espectro continuo).

  • Comprobar la Ley de desplazamiento de Duane – Hunt y calcular la constante de Planck.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

13

13

  • Estudiar empíricamente la ley de absorción o atenuación de Rayos X en función del espesor del material absorbente.

  • Calcular el coeficiente de absorción lineal y el semiespesor.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

14

14

  • Obtener la curva de transmitividad de los Rayos X para una muestra de aluminio de espesor fijo, en función de la longitud de onda de los rayos X para un voltaje anódico constante (35 Kv).

  • A partir de la medida de la intensidad de Rayos X que es dispersada en un ángulo de 60°, 90° y 120° sobre un bloque de plexiglass, con y sin absorbedor, obtener la longitud de onda Compton a partir de la curva de transmitividad.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

15

15

  • Mostar que la variación del coeficiente de absorción con la longitud de onda de la radiación no es regular, sino que presenta variaciones muy bruscas, llamadas discontinuidades o bordes de absorción para determinados valores de la longitud de onda de la radiación; valores que son característicos del elementos empleado como absorbente.

  • Obtener el valor de la longitud de onda para el borde de absorción ƛK, para el Cobre.

Exposición del profesor: explicación de los fundamentos teóricos de la práctica de Laboratorio y método experimental a seguir para el logro de los objetivos propuestos. Interpretación, análisis de conceptos y teorías, formulación y resolución de problemas prácticos de laboratorio, consultas bibliográficas y presentación de informes por parte de los alumnos.




3




3

16

16

  • Calcular la energía de excitación del nivel 63P1 de los átomos de mercurio, o energía del primer potencial de excitación.

Participación de los estudiantes en grupo, mediante exposiciones, para promover la puesta en práctica de habilidades cognitivas y específicas sobre estudio de la temática de la Unidad. Contextualización de ideas por parte del profesor para destacar los aspectos tratados y afianzar conocimientos en los estudiantes.




3




3

H.T.P. = Horas de trabajo presencial

H.T.I. = Horas de trabajo independiente



7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE

El Laboratorio será evaluado bajo los siguientes aspectos:



  • Informes y trabajos presentados por cada grupo al profesor.

  • Evaluación escrita individual, sobre el conocimiento y comprensión adquirida del método experimental utilizado en cada experiencia realizada.

  • Evaluación práctica sobre interés, habilidad y destreza en la manipulación y montaje de equipos.

8. BIBLIOGRAFIA

Borowitz, S. Fundamentos de Mecánica Cuántica. Editorial Reverté S.A.


Burchan, W.E. Física Nuclear. Editorial Reverté S.A.

Cohen, I.Bernard. (1985). The birth of a New Physics. (ISBN 0-393-30045-5 PBK) New York – London. W.W. Norton & Company.


De la Peña, Luis. Introducción a la mecánica cuántica. Fondo de cultura económica.
Eisberg, Robert. & Resnik, Robert. Física cuántica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas. Editorial Limusa.

Gardner, Martin. (2013.) Relativity Simply Explained. New York. Dover Publications, INC.

Jeans, Sir James. (1981). Physics and Philosophy. New York. Dover Publications, INC.

Phywe. Tess Expert Laboratory Experiment X-Ray experiments. (5a ed.). Göttingen – Alemania.


Strothern, Paul. Bohr y la teoría cuántica. Editorial siglo XXI
Velarde, P. Guillermo. Mecánica cuántica. Editorial McGraw-Hill.
Wehr, M.R. Física del Atomo. (4ª ed.). Wesley. Editorial Addison.
White. Física Moderna. (Tomo 2). Editorial LIMUSA

OBSERVACIONES: Los estudiantes se organizarán en grupos para preparar y hacer sus informes.

DILIGENCIADO POR: Juan Manuel Perea Espitia

FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: Mayo de 2016





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