Capítulo 43: Moléculas y sólidos

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 62 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 62. La función de distribución de Fermi-Dirac se puede escribir como donde TF es la temperatura de Fermi, definida de acuerdo con. Escriba una hoja de cálculo para calcular y graficar f(E) con E/EF a una temperatura T fija.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 61 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 61. Como alternativa para la ecuación 43.1, otro modelo útil para la energía potencial de una molécula diatómica es el potencial de Morse donde B, a y r0 son parámetros empleados para ajustar la forma del potencial y su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 60 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 60. Una partícula de masa m se mueve con movimiento unidimensional por un campo en el que la energía potencial del sistema partícula-campo es donde A y B son constantes con unidades apropiadas. La forma general de esta función…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 59 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 59. Una partícula se mueve con movimiento unidimensional por un campo en el que la energía potencial del sistema partícula campo es donde A = 0.150 eV ⋅ nm3 y B = 3.68 eV ⋅ nm. La forma general…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 58 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 58. a) Demuestre que la fuerza ejercida sobre un ión en un sólido iónico se puede escribir como donde a es la constante de Madelung y r0 es la separación de equilibrio. Sugerencia: comience con la ecuación 43.17 y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 57 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 57. Demuestre que la energía iónica de cohesión de un sólido enlazado de forma iónica está dada por la ecuación 43.18. Sugerencia: empiece con la ecuación 43.17, y tome nota que dU/dr = 0 a r = r0. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 56 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 56. La energía de disociación del hidrógeno molecular en estado fundamental es 4.48 eV, mientras que sólo se necesitan 3.96 eV para disociarlo cuando inicia en el primer estado excitado de vibración con J = 0. Con esta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 55 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 55. La molécula de hidrógeno se separa (se disocia) cuando es excitada internamente por 4.5 eV. Si se supone que esta molécula se comporta como un oscilador armónico que tiene una frecuencia angular clásica de ω = 8.28 X…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 54 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 54. Bajo presión, el helio líquido puede solidificarse cuando cada uno de sus átomos se enlaza con otros cuatro, y cada enlace tiene una energía promedio de 1.74 X 10-23 J. Encuentre el calor latente de fusión del helio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 53 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 53. Como usted podrá ver en el capítulo 44, el carbono 14 (14C) es un isótopo de carbono. Tiene las mismas propiedades químicas y estructura electrónica que el isótopo de carbono 12 (12C), que es mucho más abundante pero…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 52 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 52. La constante de resorte efectiva asociada con enlaces en la molécula de N2 es 2297 N/m. Los átomos de nitrógeno tienen cada uno una masa de 2.32 X 10-26 kg, y sus núcleos están a 0.120 nm uno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 51 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 51. Una varilla delgada de material superconductor, de 2.50 cm de largo, se coloca en un campo magnético de 0.540 T con su eje cilíndrico a lo largo de las líneas del campo magnético. a) Trace las direcciones del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 50 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 50. Una demostración convincente de la resistencia cero. Una demostración directa y relativamente sencilla de resistencia a CD cero se puede realizar con el uso del método de la sonda de cuatro puntas. La sonda que se ilustra en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 49 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 49. Determine la corriente generada en un anillo superconductor de niobio metálico de 2.00 cm de diámetro, cuando un campo magnético de 0.020 0 T dirigido perpendicularmente al anillo se reduce de pronto a cero. La inductancia del anillo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 48 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 48. Un diodo, un resistor y una batería se conectan en un circuito serie. El diodo está a una temperatura a la que kBT = 25.0 meV, y el valor de saturación I0 de la corriente es 1.00…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 47 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 47. Se coloca un diodo en un circuito microelectrónico para proteger el sistema en caso de que una persona no capacitada instale la batería al revés. En la situación correcta de polarización directa, la corriente es de 200 mA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 46 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 46. El diodo que se ilustra en la fi gura 43.28 está conectado en serie con una batería y un resistor de 150 Ω. ¿Qué fuerza electromotriz de la batería se necesita para obtener una corriente de 25.0 mA?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 45 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 45. ¿Para qué valor de voltaje de polarización ΔV en la ecuación 43.27 da a) I = 9.00I0? b) ¿Qué pasaría si? I = -0.900I0? Suponga que T = 300 K. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 44 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 44. El silicio es un semiconductor que se utiliza mucho en chips de computadora y otros dispositivos electrónicos. Sus propiedades más importantes resultan de adicionar impurezas para controlar su conductividad eléctrica. El fósforo, que está adyacente al silicio en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 43 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 43. Suponga que usted debe construir un instrumento científico térmicamente aislado de sus alrededores, pero en forma tal que se pueda usar un láser externo para elevar la temperatura del objetivo que está dentro. (Podría ser un calorímetro, pero…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 42 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 42. Un diodo emisor de luz (LED) hecho del semiconductor GaAsP emite luz roja (λ = 650 nm). Determine la brecha de banda de energía Eg del semiconductor. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 41 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 41. La mayor parte de la radiación solar tiene una longitud de onda de 1 μm o menos. ¿Qué brecha de energía debe tener el material de una celda solar para absorber esta radiación? ¿Es apropiado el silicio (véase…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 40 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 40. La luz de un tubo de descarga de hidrógeno incide sobre un cristal de CdS. ¿Cuáles líneas espectrales de la serie de Balmer son absorbidas y cuáles son transmitidas? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 39 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 39. La brecha de energía para el silicio a 300 K es 1.14 eV. (a) Encuentre el fotón de más baja frecuencia que promoverá un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. (b) ¿Cuál es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 38 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 38. Un electrón se mueve en una caja tridimensional de longitud L en sus lados y volumen L3. La función de onda de la partícula es Ψ = A sen(kxx) sen(kyy) sen(kzz). Demuestre que su energía está dada por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 37 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 37. a) Considere un sistema de electrones confinados a una caja tridimensional. Calcule la relación entre el número de niveles de energía permitidos a 8.50 eV y el número a 7.00 eV. b) ¿Qué pasaría si? El cobre tiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 36 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 36. Considere un cubo de oro de 1.00 mm por lado. Calcule el número aproximado de electrones de conducción en este cubo, cuyas energías se encuentran en el intervalo de 4.000 a 4.025 eV. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 35 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 35. Demuestre que la energía cinética promedio de un electrón de conducción en un metal a 0 K es Eprom = 3/5EF. Sugerencia: en general, la energía cinética promedio es donde ne es la densidad de partículas, N(E) dE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 34 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 34. Cuando la plata sólida empieza a fundirse, ¿cuál es la fracción aproximada de los electrones de conducción que están térmicamente excitados por arriba del nivel de Fermi? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 33 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 33. Calcule la energía de un electrón de conducción en la plata a 800 K, suponiendo que la probabilidad de hallar un electrón en ese estado es 0.950. La energía de Fermi es 5.48 eV a esta temperatura. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 32 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 32. El sodio es un metal monovalente que tiene una densidad de 0.971 g/cm3 y una masa molar de 23.0 g/mol. Utilice esta información para calcular a) la densidad de los portadores de carga y b) la energía de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 31 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 31. La energía de Fermi del cobre a 300 K es 7.05 eV. a) ¿Cuál es la energía promedio de un electrón de conducción en cobre a 300 K? b) ¿A qué temperatura la energía promedio de una molécula…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 30 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 30. Para el cobre a 300 K, calcule la probabilidad de que un estado con energía igual a 99.0% de la energía de Fermi esté ocupada. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 29 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 29. a) Encuentre la rapidez representativa de un electrón de conducción en el cobre, tomando su energía cinética como igual a la energía de Fermi, 7.05 eV. b) ¿Cómo se compara esto con una rapidez de arrastre de 0.1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 28 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 28. a) Establezca de qué depende la energía de Fermi de acuerdo con la teoría de electrón libre de los metales y cómo la energía de Fermi depende de dicha cantidad. b) Demuestre que la ecuación 43.25 se puede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 27 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 27. La energía de Fermi para la plata es 5.48 eV. La plata tiene una densidad de 10.6 X 103 kg/m3 y una masa atómica de 108 u. Utilice esta información para demostrar que la plata tiene un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 26 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 26. La distancia entre iones K+ y Cl– en un cristal de KCl es 0.314 nm. Calcule las distancias de un ion de K+ a sus iones de K+ más cercanos, a sus segundos iones K+ más cercanos, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 25 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 25. Considere una cadena unidimensional de iones alternos positivos y negativos. Demuestre que la energía potencial asociada con uno de los iones y sus interacciones con el resto de este cristal hipotético es donde la constante de Madelung es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 24 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 24. Utilice una lente de aumento para ver la sal de mesa que sale de un salero. Compare lo que vea con la figura 43.10a. La distancia entre un ion de sodio y el ion de cloro vecino más…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 23 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 23. Utilice la ecuación 43.18 para calcular la energía de cohesión iónica para el NaCl. Tome a = 1.747 6, r0 = 0.281 nm y m = 8. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 22 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 22. La mayor parte de la masa de un átomo está en su núcleo. Modele la distribución de masa de una molécula diatómica como dos esferas, cada una de radio 2.00 X 10-15 m y masa 1.00 X 10-26…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 21 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 21. ¿Fotones de qué frecuencia pueden ser emitidos espontáneamente por moléculas de CO en el estado v = 1 y J = 0? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 20 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 20. Una molécula de H2 está en sus estados fundamentales de vibración y rotación. Absorbe un fotón con una longitud de onda de 2.211 2 μm y salta al nivel de energía v = 1, J = 1. Después…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 19 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 19. Calcule el momento de inercia de una molécula de HCl del espectro de absorción infrarrojo que se muestra en la figura 43.9. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 18 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 18. a) Calcule la longitud de onda más larga en el espectro rotacional del HCl. Tome el átomo de Cl como el isótopo 35Cl. La separación de equilibrio de los átomos de H y Cl es de 0.127 46…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 17 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 17. La figura P43.17 es el modelo de una molécula de benceno. Todos los átomos se encuentran en un plano, y los átomos de carbono forman un hexágono regular, igual que los átomos de hidrógeno. Los átomos de carbono…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 16 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 16. Los núcleos de la molécula de O2 están separados por 1.20 X 10-10 m. La masa de cada átomo de oxígeno de la molécula es 2.66 X 10-26 kg. a) Determine las energías rotacionales de una molécula de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 15 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 15. Con la constante de fuerza efectiva de una molécula de HCl en vibración como k = 480 N/m, encuentre la diferencia de energía entre el estado fundamental y el primer nivel de vibración. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 14 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 14. La constante de resorte efectiva que describe la energía potencial de la molécula de HI es 320 N/m. La de la molécula de HF es 970 N/m. Calcule la amplitud de vibración mínima para a) la molécula…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 13 CAPÍTULO 43 FÍSICA SERWAY 13. El espectro rotacional de la molécula de HCl contiene líneas con una longitud de onda de 0.060 4, 0.069 0, 0.080 4, 0.096 4 y 0.120 4 mm. ¿Cuál es el momento de inercia de la molécula? Solución:…