FUNDAMENTOS FÍSICA MODERNA QUIZ 01 JHON JAIRO CORTÉS JIMÉNEZ CÓDIGO G2N08Jhon

¿Qué entiende por el término Radiación del Cuerpo Negro, RCN?

 Es un fenómeno idealizado de la naturaleza, que permite estudiar el fenómeno de radiación de la materia.  Es la máxima radiación posible que puede emitir un volumen de materia ideal (“Cuerpo Negro”) dadas sus dimensiones finitas.

¿Cuáles fueron las principales teorías, y protagonistas, que explicaron el fenómeno de la RCN en el siglo XIX?

 WILHEM WIEN Cuando aumenta la temperatura de un radiador de cuerpo negro, aumenta la energía radiada general, y el pico de la curva de radiación se mueve hacia longitudes de ondas más cortas. Cuando se evalúa el máximo a partir de la fórmula de radiación de Planck, se encuentra que el producto de la longitud de onda máxima y la temperatura es constante.

 MAX PLANCK Energía radiada en una longitud de onda λ desde un cuerpo negro a una temperatura T: Donde: -k es la constante de Boltzmann: 1,38054±0,00006· erg·K -1. -h es la constante de Planck (6,626· J·s).

Una superficie metálica de 10 cm2 de área, se encuentra a una temperatura de 2500 K y emite durante un minuto una energía térmica de J. Encuentre: a) Qué Ley aplica para resolver este problema? b) la energía emitida por la superficie si fuera un cuerpo negro. c) la razón de la Radiancia de esta superficie a la de un cuerpo negro de igual área y a la misma temperatura

a) La ley de Stefan-Boltzmann b) La energía total radiada es: σ = 5.67 x W/m 2 K 4 A=10 -3 m 2 t=60s T=2500 K E=1.326 x 10 5 J c) Radiancia 4 x 10 4 / 1.33 x 10 5 ≈ 30%

¿Por qué se le denomina Catástrofe UV al modelo de Raleigh-Jeans?

El problema de explicar cuantitativamente la distribución de energía emitida por un cuerpo negro, puede ser tratado, clásicamente, considerando el campo electromagnético como una colección de osciladores de todas las frecuencias posibles. Aplicando el principio de equipartición clásico se consigue una expresión conocida como la ley de Rayleigh-Jeans. Esta ley establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva superficial (W/m 2 ) que es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda λ(m), para una cierta temperatura T(K).

Matemáticamente  El parámetro "k" es la constante de Boltzmann (1.38 x J/K).  Esta ley es muy exitosa en longitudes de onda grandes pero falla en longitudes de onda cortas - la dependencia inversa respecto de la longitud de onda significa que cuando la longitud de onda disminuye, la densidad espectral de energía tiende al infinito. Este resultado es contrario a lo observado experimentalmente. Esta falla de la ley, obtenida a partir de los principios físicos clásicos aceptados en esa época, es llamada la catástrofe ultravioleta.

¿Qué es la ionosfera?

Es una envoltura de electrones y átomos cargados eléctricamente se extiende desde una altura de unos 50 km a más de 1000 km. Su existencia se debe principalmente a la radiación ultravioleta del sol. Es básicamente plasma. En el plasma, los electrones negativos libres y los iones positivos son atraídos el uno al otro por la fuerza electromagnética, pero son demasiado enérgicas para estar juntos fijamente en una molécula eléctricamente neutra. La radiación ultravioleta (UV), los rayos X y longitudes de onda de la radiación solar son ionizantes, ya que los fotones contienen suficiente energía para desalojar un electrón de un átomo o una molécula de gas.

En este proceso, el electrón obtiene una alta velocidad de modo que la temperatura del gas aumenta (del orden de miles de grados). El proceso inverso a la ionización es la recombinación, en el que un electrón libre es “capturado” por un ión positivo, de forma espontánea. La ionización depende principalmente del Sol y su actividad. La cantidad de ionización en la ionosfera varía mucho con la cantidad de radiación que se recibe del sol. Así pues, depende de la hora del día y del efecto estacional. También hay mecanismos que perturban la ionosfera y la disminución de la ionización. Hay trastornos tales como las erupciones solares y la liberación asociada de partículas cargadas en el viento solar que llega a la Tierra e interactúa con su campo magnético, alterando la ionosfera.

Esta capa contribuye esencialmente en la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que estas puedan viajar grandes distancias sobre la tierra