Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica INAOE
Propedéutico de la coordinación de Óptica
Teoría electromagnética
Teoría electromagnética Introdución La carga eléctrica El campo eléctrico El potencial eléctrico La ley de Gauss La capacitancia y la corriente eléctrica Los campos eléctricos en la materia El campo magnético Los campos magnéticos en la materia La ley de Ampere La inducción y la inductancia Las ecuaciones de Maxwell Las ondas electromagnéticas
Introducción
REPASO Clase 3 de 1:30 horas. Van 3:00 horas Miércoles 17 de mayo de 2017, de 9:30 a 11:00, Salón 9201
La Óptica La ÓPTICA es la rama de la Física que estudia el comportamiento y las propiedades de la luz, incluyendo sus interacciones con la materia y la construcción de instrumentos que la usan o la detectan. Wikipedia
¿Qué es la luz?
La luz es una onda electromagnética
La física a finales del siglo XIX Había un sentimiento subyacente que ya todo estaba esencialmente explicado. Se pensaba que aún había cosas que resolver, pero eran detalles, lo fundamental ya estaba hecho. La Física había explicado todo, pero a la vez había perdido su interés, pero…. Aún había mucho por descubrir
El cuerpo negro 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
La radiación del cuerpo negro La radiación electromagnética y la cavidad se dejan mucho tiempo hasta que se alcance el equilibrio termodinámico
FIN del REPASO Clase 3 de 1:30 horas FIN del REPASO Clase 3 de 1:30 horas. Van 3:00 horas Miércoles 17 de mayo de 2017, de 9:30 a 11:00, Salón 9201
La radiación del cuerpo negro La radiación electromagnética y la cavidad se dejan mucho tiempo hasta que se alcance el equilibrio termodinámico. Se observa la radiación de la cavidad a través de un pequeño hoyo. Se mide la energía por unidad de volumen por unidad de frecuencia.
El cuerpo negro. Propiedades termodinámicas Kirchhoff mostró, con puros argumentos termodinámicos (con la segunda ley), que la radiación dentro de una cavidad: Es isotrópica; es decir, el flujo de radiación es independiente de la dirección. Es homogénea; es decir, es la misma en todos los puntos. Es la misma en todas las cavidades que tienen la misma temperatura; es decir, es independiente del recipiente (material y forma).
La radiación del cuerpo negro Experimentalmente se encontró: La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz. Las curvas están hechas con Maple. El archivo está en: Documentos/Teoria de radiacion/2009/La ley de radiacion de Planck ?.mws 2,000 K
La radiación del cuerpo negro
La radiación del cuerpo negro La física clásica Resultado experimental La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K
La radiación del cuerpo negro ¡¡¡La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el espectro del cuerpo negro!!!
… y se inicia la revolución cuántica …
La hipótesis cuántica Max Planck. 1900
La hipótesis cuántica. Planck 1900 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
La hipótesis cuántica. Planck 1900 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
La radiación del cuerpo negro La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K
La perspectiva de Einstein (1905) Un punto de vista heurístico respecto a la creación y transformación de la luz 18 de marzo de 1905 Ann Phys. 17 (1905) 132.
La radiación misma está cuantizada. La luz son partículas La perspectiva de Einstein (1905) La radiación misma está cuantizada. La luz son partículas
¿Habrá otro fenómeno dónde esto se manifieste? La perspectiva de Einstein (1905) ¡La radiación misma está cuantizada! La luz son partículas ¿Habrá otro fenómeno dónde esto se manifieste? ¡El efecto fotoeléctrico!
El efecto fotoeléctrico. Hertz 1887
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico. Hertz 1887
El efecto fotoeléctrico 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.
¡La física clásica falla de nuevo! El efecto fotoeléctrico La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el efecto fotoeléctrico. ¡La física clásica falla de nuevo!
La perspectiva de Einstein (1905) La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico 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
La perspectiva de Einstein (1905) La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto foto eléctrico Millikan (detractor de la idea) lo prueba contundentemente entre 1914 y 1916
La luz: Ondas vs Partículas La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria La luz es una onda electromagnética El cuerpo negro. Sólo la corpuscular Efecto fotoeléctrico. Sólo la corpuscular
Aceptación universal del cuanto (Fotón) de luz Efecto Compton. 1923 Aceptación universal del cuanto (Fotón) de luz
La luz: Ondas vs Partículas La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria El cuerpo negro. Sólo la corpuscular Efecto fotoeléctrico. Sólo la corpuscular Efecto Compton. Sólo la corpuscular
La radiación del cuerpo negro El efecto fotoeléctrico La física clásica fue incapaz de explicar los nuevos fenómenos La radiación del cuerpo negro El efecto fotoeléctrico La teoría cuántica de la luz La cuantización de la energía
¿Por fin, que $#?%&¡" es la luz? La luz es onda y partícula En unos fenómenos se manifiesta como onda y en otros como partículas. “Ella decide” En la propagación se comporta como onda En la interacción con la materia se comporta como partícula
¡¡¡¡¡Finalmente, nadie ganó, ambos tenían razón!!!!! “En cierto sentido”. Que locura
O más bien, ambos estaban mal, porque quién sabe que sea el fotón
¿Qué es el fotón? Cerca del final de su vida Einstein escribió: Cincuentas años completos de cavilaciones profundas no me han acercado más a la respuesta a la pregunta: ¿Qué son los cuantos de luz? Desde luego, hoy cualquier granuja piensa que conoce la respuesta, pero se engaña.
Otra vez la doble rendija
La doble rendija con partículas
La doble rendija con ondas
La doble rendija con luz
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad
con luz de muy baja intensidad La doble rendija con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz
¿Por dónde pasa el fotón?
Which-Way Marker
Quantum Erasure
¿Qué es el fotón? Cerca del final de su vida Einstein escribió: Cincuentas años completos de cavilaciones profundas no me han acercado más a la respuesta a la pregunta: ¿Qué son los cuantos de luz? Desde luego, hoy cualquier granuja piensa que conoce la respuesta, pero se engaña.
Teoría electromagnética
Teoría electromagnética Introdución La carga eléctrica El campo eléctrico El potencial eléctrico La ley de Gauss La capacitancia y la corriente eléctrica Los campos eléctricos en la materia El campo magnético Los campos magnéticos en la materia La ley de Ampere La inducción y la inductancia Las ecuaciones de Maxwell Las ondas electromagnéticas
La teoría electromagnética I. Introducción (6 horas) II. La carga eléctrica (6 horas, 12 horas) 1. Propiedades de la carga eléctrica 2. Conductor y aislante 3. Ley de Coulomb 4. El principio de superposición III. El campo eléctrico (4 horas, 16 horas) 1. Campo eléctrico y líneas de campo eléctrico 2. Campo eléctrico de diferentes distribuciones de carga 3. Carga puntual y dipolo eléctrico en presencia de un campo eléctrico IV. El potencial eléctrico (5 horas, 21 horas) 1. Energía potencial eléctrica 2. Potencial eléctrico 3. Superficies equipotenciales 4. Relación entre potencial y campo eléctrico 5. Potencial de diferentes distribuciones de carga
I. La carga eléctrica
1. Propiedades de la carga eléctrica 2. Conductor y aislante I. La carga eléctrica 1. Propiedades de la carga eléctrica 2. Conductor y aislante 3. Ley de Coulomb 4. El principio de superposición
Propiedades de la carga eléctrica
La carga eléctrica
La carga eléctrica
La carga eléctrica y sus propiedades Hay dos tipos de carga eléctrica. Cargas “positivas” + y cargas “negativas” – Las cargas del mismo signo se repelen. Las cargas de signos opuestos se atraen. ¡Así es! La carga eléctrica se conserva La carga eléctrica está cuantizada
La unidad de carga eléctrica
La unidad de carga eléctrica
Las distribuciones de carga
Las distribuciones de carga