9-9-2005. Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto.

Presentación del tema: "9-9-2005. Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto."— Transcripción de la presentación:

1 9-9-2005

2 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo (Teoría de Maxwell) –La luz es una onda electromagnética Óptica Termodinámica

3 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro Otros (“desconocidos”) –El problema del calor específico de los sólidos –Los espectros de las sustancias –El efecto fotoeléctrico

4 La radiación térmica o calor de radiación es radiación electromagnética de un objeto causada por su temperatura. Es la radiación emitida por un objeto en virtud de su temperatura

5 En equilibrio termodinámico, la emisividad de un cuerpo o superficie es igual a su absorbencia

6 Un cuerpo negro es un objeto que absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él. Ninguna radiación pasa a través de él y ninguna radiación es reflejada. Un cuerpo negro es un absorbedor y un emisor perfecto El término de “cuerpo negro” fue inventado por Gustav Kirchhoff en 1862 La luz emitida por un cuerpo negro se llama “Radiación del cuerpo negro”

7 El emisor y absorbedor perfecto

8 Kirchhoff mostró, con puros argumentos termodinámicos (con la segunda ley), que la radiación dentro de una cavidad: 1.Es isotrópica, es decir, el flujo de radiación es independiente de la dirección. 2.Es homogénea, es decir, es la misma en todos los puntos. 3.Es la misma en todas las cavidades que tienen la misma temperatura, es decir, es independiente del recipiente.

9 La energía total radiada por unidad de área y por unidad de tiempo por un cuerpo negro es directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura termodinámica Rybicki, página 15

10 Es la energía por unidad de volumen por frecuencia Las propiedades termodinámicas del cuerpo negro implican que

11

12 La relación entre la temperatura termodinámica de un cuerpo negro y la longitud de onda a la cual se presenta el máximo de radiación es

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 Densidad espectral de energía

33

34 El intercambio de energía entre la radiación y las paredes del recipiente se efectúa de manera cuantizada, es decir, la energía no se intercambia de manera continua sino en paquetes, llamados cuantos

35

36

37

38

39 Densidad espectral de energía

40

41 Un punto de vista heurístico respecto a la creación y transformación de la luz 18 de marzo de 1905 Ann Phys. 17 (1905) 132.

42 Mecánica estadística (1902) Estudio estadístico de la radiación electromagnética tenue Similitud con un gas de partículas

43 ¡La radiación misma está cuantizada! La luz son pelotas ¿Habrá otro fenómeno dónde esto se manifieste? ¡El efecto fotoeléctrico!

44

45 1. Los electrones son emitidos inmediatamente 2. El aumento de la intensidad de la luz aumenta el número de electrones emitidos, pero no su energía cinética máxima 3. La luz de baja frecuencia (roja), sin importar su intensidad, no causa eyección de electrones 4. La luz de alta frecuencia (ultravioleta), débil eyecta unos cuantos electrones, pero su energía cinética máxima es mayor que los obtenidos usando luz muy intensa de longitudes de onda mayores

46 La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el efecto fotoeléctrico. ¡La física clásica falla de nuevo!

47 La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto fotoeléctrico

48 1. Los electrones son emitidos inmediatamente 2. El aumento de la intensidad de la luz aumenta el número de electrones emitidos, pero no su energía cinética máxima 3. La luz roja, sin importar su intensidad, no causa eyección de electrones 4. La luz ultravioleta débil eyecta unos cuantos electrones, pero su energía cinética máxima es mayor que los obtenidos usando luz muy intensa de longitudes de onda mayores

49 La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto foto eléctrico Millikan (detractor de la idea) lo prueba contundentemente entre 1914 y 1916