Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Presentación del tema: "Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica"— Transcripción de la presentación:

1 Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
INAOE

2 Propedéutico de la coordinación de Óptica

3 Teoría electromagnética

4 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

5 Introducción

6 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

7 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

8 ¿Qué es la luz?

9 La luz es una onda electromagnética

10 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

11 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

12 La radiación del cuerpo negro
La radiación electromagnética y la cavidad se dejan mucho tiempo hasta que se alcance el equilibrio termodinámico

13 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

14 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.

15 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).

16 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

17 La radiación del cuerpo negro

18 La radiación del cuerpo negro
La física clásica Resultado experimental La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K

19

20 La radiación del cuerpo negro
¡¡¡La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el espectro del cuerpo negro!!!

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22 … y se inicia la revolución cuántica …

23 La hipótesis cuántica Max Planck. 1900

24 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

25 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

26 La radiación del cuerpo negro
La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K

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

28 La radiación misma está cuantizada. La luz son partículas
La perspectiva de Einstein (1905) La radiación misma está cuantizada. La luz son partículas

29 ¿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!

30 El efecto fotoeléctrico. Hertz 1887

31 El efecto fotoeléctrico

32 El efecto fotoeléctrico. Hertz 1887

33 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.

34 ¡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!

35 La perspectiva de Einstein (1905)
La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto fotoeléctrico

36 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

37 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

38 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

39 Aceptación universal del cuanto (Fotón) de luz
Efecto Compton. 1923 Aceptación universal del cuanto (Fotón) de luz

40 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

41 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

42 ¿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

43 ¡¡¡¡¡Finalmente, nadie ganó, ambos tenían razón!!!!!
“En cierto sentido” Que locura

44 O más bien, ambos estaban mal, porque quién sabe que sea el fotón

45 ¿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.

46 Otra vez la doble rendija

47 La doble rendija con partículas

48 La doble rendija con ondas

49 La doble rendija con luz

50

51 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

52 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

53 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

54 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

55 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

56 La doble rendija con luz de muy baja intensidad

57 con luz de muy baja intensidad
La doble rendija con luz de muy baja intensidad

58 La doble rendija con luz

59 ¿Por dónde pasa el fotón?

60 Which-Way Marker

61 Quantum Erasure

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65 ¿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.

66 Teoría electromagnética

67 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

68 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

69 I. La carga eléctrica

70 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

71 Propiedades de la carga eléctrica

72 La carga eléctrica

73 La carga eléctrica

74 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

75 La unidad de carga eléctrica

76 La unidad de carga eléctrica

77 Las distribuciones de carga

78 Las distribuciones de carga