RADIACION DE CUERPO NEGRO MIGUEL ANGEL FAJARDO ARANDA FISICA MODERNA Departamento de Física Universidad Nacional de Colombia.

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1 RADIACION DE CUERPO NEGRO MIGUEL ANGEL FAJARDO ARANDA FISICA MODERNA Departamento de Física Universidad Nacional de Colombia

2 ¿Qué es? Un cuerpo negro se define como un objeto que absorbe toda radiación electromagnética que incide sobre el, por lo que en consecuencia parece negro. Lo que muestra que la potencia emitida por unidad de área o por unidad de frecuencia por un cuerpo negro solo depende de la temperatura y de la frecuencia de la luz y no de la estructura física o química del cuerpo negro, de acuerdo con la temprana observación de Wedgwood.

3 CARACTERISTICAS 1. Emite en todas las frecuencias de forma continua. 2.Tiene un pico de emisión (máximo de intensidad) que se desplaza a frecuencias más altas (longitudes de onda más bajas) conforme mayor es la temperatura del cuerpo. 3.El sistema cuerpo-radiación está en equilibrio.

4 HISTORIA Thomas Wedgwood pariente de Charles Darwin fabricante de porcelana, observa correctamente el carácter universal de los objetos calientes en 1792. Observo que sin importar la naturaleza química o la forma, se vuelven rojos a la misma temperatura. A mediados del siglo XIX se sabia gracias a la espectroscopia que los solidos resplandecientes emiten espectros continuos y no las bandas que emiten los gases calientes. Gustav Kirchhoff demostró basado en la termodinámica que para cualquier cuerpo en equilibrio térmico con la radiación la potencia emitida es proporcional a la potencia absorbida.

5 ¿EN QUE CONSISTE? Consiste en predecir la intensidad de radiación a una longitud de onda dada emitida por un solido resplandeciente calentado a una temperatura especifica.

6 COMPROBACION. 1884 Boltzman dedujo la ley de Stefan a partir de una combinación de la termodinámica y las ecuaciones de Maxwell confirmando así la teoría electromagnética de la luz planteada por este ultimo. Se observa que la longitud de onda a la que se tiene la potencia de emisión máxima de un cuerpo negro se desplaza hacia longitudes de onda mas cortas a medida que el cuerpo negro se calienta mas. 1893 Wilhelm Wien propuso una forma general para la ley de distribución del cuerpo negro que explicaba el comportamiento experimental correcto de la longitud de onda con la temperatura. Se denomino ley de desplazamiento de Wien y se expresa de la siguiente forma:

7 COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL

8 ENERGIA ESPECTRAL

9 EL FRACASO DE WIEN

10 SURGE LA TEORIA CUANTICA Octubre de 1900 Max Planck descubrió la formula de cuerpo negro, influenciado por los experimentalistas Reichsanstalt y sabiendo que la ley de Wien funcionaba bastante bien con los datos de alta frecuencia; había estado trabajando varios años en la deducción de la ley exponencial de Wien a partir de los principios de la mecánica estadística y las leyes de Maxwell. al interpolar entre las dos formas limite encontró de inmediato la formula general: Donde h es la constante de Planck = 6.626E-34

11 CUANTUM Planck estaba convencido de que la RCN era producto de cargas eléctricas submicroscopicas en vibración, que denomino resonadores. Por tanto según Maxwell cada oscilador debía emitir radiación a una frecuencia correspondiente a la frecuencia de vibración. Al suponer millones de estos resonadores en las paredes del cuerpo negro, Planck revoluciono al suponer que la energía total de un resonador con frecuencia mecánica f solo podía ser un múltiplo entero de hf. Es decir no puede ganar o perder cualquier cantidad de energía total sino solo una cantidad finita, denominada CUANTUM de energía.

12 LEY DE RAYLEIGH-JEANS

13 LEY DE PLANCK Con un razonamiento termodinamico llego a la misma explresion que Rayleigh, no obstante Planck encontró una forma distinta de energía al permitir solo valores discretos para sus resonadores, utilizando la ley de distribución de Maxwell- Boltzman dedujo:

14 CUANTIZACION DE LA LUZ 1905 Albert Einstein escribió tres artículos inmortales sobre tres temas distintos, los tres artículos contenían resultados unificadores, simétricos y equilibrados, logrados a partir de procedimientos matemáticos sencillos, depurados y lógicos. En a HEURISTIC POINT OF VIEW ABOUT THE GENERATION AND TRANSFORMATION OF LIGHT planteo la teoría de los cuantos de luz y explico el efecto fotoeléctrico El segundo ON THE MOTION OF PARTICLES SUSPENDED IN LIQUIDS AS REQUIERED BY THE MOLECULAR-KINETIC THEORY OF HEAT explico el movimiento Browniano y proporciono pruebas solidas de la existencia de atomos El tercero ON THE ELECTRODYNAMICS OF MOVING BODIES invento la teoría especial de la relatividad.