Cuarta Sesión Radiación de un cuerpo negro Efecto fotoeléctrico

Resumen Primeras ideas acerca de la constitución de la materia. Elementos y átomosPrimeras ideas acerca de la constitución de la materia. Elementos y átomos Leyes ponderales.Leyes ponderales. –Ley de conservación de la materia. –Ley de proporciones constantes. –Ley de proporciones equivalentes. –Ley de proporciones múltiples. Modelo atómico de DaltonModelo atómico de Dalton Modelo atómico de ThomsonModelo atómico de Thomson Modelo atómico de RutherfordModelo atómico de Rutherford

Resumen 2 Parámetros característicos de las ondasParámetros característicos de las ondas Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético Espectros de absorción y de emisión de los átomosEspectros de absorción y de emisión de los átomos

Radiación de un Cuerpo Negro Antes de 1900, se trataba a la luz como una simple onda electromagnéticaAntes de 1900, se trataba a la luz como una simple onda electromagnética En las ondas electromagnéticas la energía es proporcional a la amplitud de la onda eléctrica más la amplitud de la onda magnéticaEn las ondas electromagnéticas la energía es proporcional a la amplitud de la onda eléctrica más la amplitud de la onda magnética E  (A E 2 + A H 2 ) (intensidad luminosa)

Radiación de un Cuerpo Negro (2) E  (A E 2 + A H 2 ) Nótese que la energía de una onda electromagnética tiene que ver con la intensidad y no con la frecuenciaNótese que la energía de una onda electromagnética tiene que ver con la intensidad y no con la frecuencia

Radiación de un Cuerpo Negro (3) Un cuerpo negro es un objeto (ideal) capaz de absorber todas las radiaciones del espectro electromagnético.Un cuerpo negro es un objeto (ideal) capaz de absorber todas las radiaciones del espectro electromagnético. ¿Cómo simular un cuerpo negro?¿Cómo simular un cuerpo negro?

Radiación de un Cuerpo Negro (4)

Radiación de un Cuerpo Negro (5)

Radiación de un Cuerpo Negro (6)

Radiación de un Cuerpo Negro (7)

Max Plank ( ) Premio Nóbel en 1918.Premio Nóbel en En 1900, desechando el Principio de Equipartición de la Energía de la Termodinámica clásica, propuso que la energía era proporcional a la frecuencia de la radiación y ¡no a su intensidad!En 1900, desechando el Principio de Equipartición de la Energía de la Termodinámica clásica, propuso que la energía era proporcional a la frecuencia de la radiación y ¡no a su intensidad!

Cuantización de la Energía E  E  E = h E = h h – constante de Planckh – constante de Planck h = 6.62 x erg  segh = 6.62 x erg  seg

Efecto Fotoeléctrico

Efecto Fotoeléctrico (2)

Efecto Fotoeléctrico (3)

Efecto Fotoeléctrico (4) La frecuencia umbral es una propiedad de cada metalLa frecuencia umbral es una propiedad de cada metal

Usos Elevadores.Elevadores. Cámaras de TV.Cámaras de TV. Relojes y calculadoras solares.Relojes y calculadoras solares.

Cámara de TV antigua. Los tres objetos enfrente de la muchacha son celdas fotoeléctricas de Selenio.Cámara de TV antigua. Los tres objetos enfrente de la muchacha son celdas fotoeléctricas de Selenio.

Albert Einstein ( ) En 1905 propuso una explicación al efecto fotoeléctrico basado en la idea de Planck.En 1905 propuso una explicación al efecto fotoeléctrico basado en la idea de Planck. Premio Nóbel en 1921.Premio Nóbel en 1921.

Efecto Fotoeléctrico (5) Conservación de la energía:Conservación de la energía: h = W + T h – energía de la luz incidente W – función trabajo del metal T – energía cinética de los electrones emitidos

Efecto Fotoeléctrico (6) h = h 0 + T W = h 0 0 – frecuencia umbral 0 – frecuencia umbral O:O: T = h - h 0

Efecto Fotoeléctrico (7)

5.La función trabajo para el Ni metálico es 8.05 x J ¿Cuál es el valor de la longitud de onda umbral para este elemento?

6.La longitud de onda umbral para el Rb es de 574 nm a.Calcula la función trabajo del Rb. b.Si el Rb se irradia con luz de 420 nm ¿Cuál es la energía cinética de los electrones emitidos?

7.Un metal tiene una longitud de onda umbral de 7500 Ǻ ¿Cuál será la velocidad de los electrones emitidos si se ilumina con luz de 5000 Ǻ?

8.Se observa que la radiación que tiene longitudes de onda mayores a 6500 Ǻ no libera electrones de una superficie de Cs no importando que tan intensa sea la radiación ¿Cómo se explica esta observación?

Modelo Atómico de Bohr La Vieja Teoría Cuántica

Niels Bohr ( )( ) Premio Nóbel en 1922.Premio Nóbel en En 1913En 1913

Postulados del Modelo de Bohr Postulado 1 (o de Rutherford):Postulado 1 (o de Rutherford): “El átomo consta de una parte central llamada núcleo en la que se encuentra localizada la carga positiva, así como, la casi totalidad de la masa. En torno a este núcleo central y a una gran distancia de él giran los electrones en órbitas circulares.”

¿A una gran distancia? Tamaño de los átomos:Tamaño de los átomos: ~ m ~ cm ~ Ǻ Tamaño de los núcleos:Tamaño de los núcleos: ~ m (~ cm)

Comentario (hidrogenoides)

Comentario (2)

Comentario (3)

Comentario (4) El átomo de Rutherford es inestable porque toda partícula cargada acelerada irradia energíaEl átomo de Rutherford es inestable porque toda partícula cargada acelerada irradia energía

Postulado 2 (De la cuantización del momento angular del electrón):(De la cuantización del momento angular del electrón): “El momento angular del electrón está cuantizado, de tal manera que de las infinitas órbitas dadas por la ecuación  solo son posibles aquellas en las que su momento angular es un múltiplo entero de h/2π (ħ)”

Comentario Momento lineal:Momento lineal: p = mv Momento angular:Momento angular: L = r  p L = | r || p | sen Θ

Comentario (2) En un círculoEn un círculo Θ = 90º sen 90º = 1 L = mvr mvr = nħ mvr = nħ   n entero positivo

Comentario (3) Veamos cuales órbitas nos quedan:Veamos cuales órbitas nos quedan: De  :De  : En  :En  :

Comentario (4) Por la regla de la tortilla:Por la regla de la tortilla: Despejando r:

Comentario (5) con n entero ħ, e y m son constantes, llamaremos a la nueva constante a 0 o radio de Bohr ħ, e y m son constantes, llamaremos a la nueva constante a 0 o radio de Bohr Se puede calcular el valor de a 0 y da Ǻ o (19)× mSe puede calcular el valor de a 0 y da Ǻ o (19)× m 1 Å = m = cm

Comentario (6) Por lo tanto:Por lo tanto: Y en ǺngstromsY en Ǻngstroms r = (n 2 /Z) (0.529) Ǻ

Radios de las órbitas en el H Para el Hidrógeno:Para el Hidrógeno: Z = 1 Si n=1, r 1 = a0 = ǺSi n=1, r 1 = a0 = Ǻ Si n=2, r 2 = ǺSi n=2, r 2 = Ǻ Si n=3, r 3 = ǺSi n=3, r 3 = Ǻ

Otros hidrogenoides He + Z = 2 r 1 = 0.529/2 = = Ǻ r 2 = Ǻ U 91+ Z = 92 r1 = 0.529/92 = Ǻ