Determinación de la constante de Planck

Presentación del tema: "Determinación de la constante de Planck"— Transcripción de la presentación:

1 Determinación de la constante de Planck
Max Karl Ernst Ludwig Planck Radiación del cuerpo negro. Obs. 1900 Cuando se eleva la temperatura de un objeto, este emite radiación electromagnética. P. N. 1918 Primero se pone rojo, después cada vez más blanco: b d. 1947 Berlin University Berlin, Germany "in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta"

2 Determinación de la constante de Planck
La envolvente de las curvas, es la respuesta del mejor emisor a la temperatura del experimento. Si se analiza la intensidad de radiación emitida en función de la longitud de onda, se obtienen curvas de este tipo: El cuerpo negro es el emisor ideal, también es el absorbente ideal. Las poderes de emitancia y absorbancia de los objetos coinciden. Toda la radiación que incide sobre el cuerpo negro es absorbida, no tiene chance de ser reflejada Un ahujero en una pared es un cuerpo negro ideal.

3 Determinación de la constante de Planck
El espectro de longitudes de onda solo depende de T. Se trabajó mucho sobre este tema durante la segunda mitad del siglo XIX. Un problema interesante, las propiedades de la radiación eran independientes de la constitución química de las paredes del horno, de la geometría de las mismas, o de cualquier cosa que estuviera adentro. Prisma ranura Radiación dispersada Termopila Detector

4 Determinación de la constante de Planck
Si uno estudia la distribución espectral puede obtener resultados como estos. De estas observaciones se siguieron dos resultados importantes, que se pudieron deducir a partir del electromagnetismo y de la termodinámica. 1879 Ley de Stephan : 1896 Ley de desplazamiento de Wien. P. N. 1911

5 Determinación de la constante de Planck
En estas aproximaciones al problema , se utilizaba como cuerpo negro una cavidad de paredes reflectoras, con una de ellas movil, como un pistón. El trabajo del pistón al moverse en contra de la presión de la radiación. El incremento de la frecuencia de la radiación por efecto Doppler. El incremento de la temperatura del sistema ante un cambio adiabático del volumen. Se analizaba: Se trataba de encontrar una expresión analítica del espectro de emisión del cuerpo negro.

6 Determinación de la constante de Planck
Uno de los primeros resultados fue el de Wien Osciladores atómicos que emitían luz con su frecuencia propia. La intensidad era proporcional al número de osciladores. Las constantes C1 y C2 se podían ajustar para describir la curva lo mejor posible.

7 Determinación de la constante de Planck
P. N. 1904 "for his investigations of the densities of the most important gases and for his discovery of argon in connection with these studies" John William Strutt, third Baron Rayleigh, was born on November 12, 1842 at Langford Grove, Maldon, Essex, as the son of John James Strutt, second Baron, and his wife Clara.

8 Determinación de la constante de Planck
1900 Lord Rayleigh hizo un tratamiento más riguroso. Consideró una cavidad cerrada, de paredes reflectoras. Entendió que hay entonces ondas estacionarias y se preguntó: a) Cuántas ondas (por unidad de volumen) tendrían frecuencia entre  y + d?: b) Qué energía tiene cada onda? Supuso que la energía de a cada modo era igual a la energía medía del oscilador asociado. En coordenadas normales, la energía media de un oscilador, segun la ley de equipartición de Boltzmann, es: kT 1905 Ley de Rayleigh - Jeans

9 Determinación de la constante de Planck
Número de modos con frecuencia entre  y + d. Equipartición de la energía.

10 Determinación de la constante de Planck
Planck primero hace un progreso empírico, se da cuenta de que si pone un -1 en la ley de Wien el ajuste es perfecto. Revisa los conceptos utilizados por Lord Rayleigh y decide que lo que está mal es el cálculo de la energía media del oscilador (no es aplicable el principio de equipartición). Cómo se calcula la energía media del oscilador? Si tenemos n0 osciladores, cuántos tienen energía Em? Segun la estadística de Boltzmann: La energía media del oscilador es:

11 Determinación de la constante de Planck
Planck supuso Em= mu

12 Determinación de la constante de Planck
La ley de Planck queda: Para la determinación experimental de h analizaremos la radiación del cuerpo negro para una frecuencia fija en función de la temperatura. Para el experimento usaremos valores de  y T, tales que:

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Cuerpo negro. Lámpara 75 W. 220V Temperatura del filamento.

14 Determinación de la constante de Planck
V La corriente inversa es muy pequeña y casi independiente del voltaje aplicado hasta que se arriba a un punto de ruptura. La corriente directa se "enciende" a aproximadamente 0,5 V para un diodo de Si y puede llegar a corrientes muy altas a 0,7 V.

15 Determinación de la constante de Planck
V Detector de intensidad luminosa: diodo polarizado inversamente La corriente inversa es proporcional a la intensidad luminosa. Amplificador (Lupa) Experimento casi listo!

16 Determinación de la constante de Planck
Sensor: diodo polarizado inversamente. La corriente inversa se incrementa con la intensidad luminosa.

17 Determinación de la constante de Planck
La corriente inversa atraves del fotodiodo varía linealmente con la iluminancia cuando se trabaja bien arriba de la corriente oscura.

18 Determinación de la constante de Planck
Amplificador de Corriente a Voltaje Determinación de la constante de Planck El circuito convierte pequeñas corrientes en voltajes proporcionales: Vo = - Rf Iin

19 Determinación de la constante de Planck
Caja negra ?

20 Determinación de la constante de Planck
Características del diodo BP104

21 Determinación de la constante de Planck