Física Cuantica

Radiación de Cuerpo Negro

Se llama RADIACIÓN TÉRMICA a la emisión de ondas electromagnéticas de parte de los cuerpos, por efecto de la temperatura que poseen.

Todos los cuerpo emiten y absorben radiación térmica de forma continua.

CUERPO NEGRO es un objeto perfectamente emisor y absorbente de radiación térmica. Esto quiere decir que tal cuerpo absorbe TODA la radiación que incide sobre él.

Ley de Stefan-Boltzmann: Expresión para la potencia (P) de radiación térmica de un objeto, la cual depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta (T),

P=ϵσAT^4

donde σ=5,67 x 〖10〗^(-8) W/(m^(2 ) K^4 ) es llamada Constante de Stefan-Boltzmann y A es el área de la superficie emisora. El coeficiente ϵ se llama emisividad, cumpliéndose que 0<ϵ<1. Para el cuerpo negro, la emisividad es ϵ=1.

Ley de desplazamiento de Wien: Esta ley expresa el hecho de que, a medida que aumenta la temperatura la temperatura de un cuerpo, la longitud de onda correspondiente al máximo de la energía emitida decrece. Se describe esta ley en la ecuación

λ_m T=2898 μm.K

Fig. 01: Espectro de radiación de un cuerpo negro(A) y de un alambre de tungsteno (B) a 2 900 K

La radiación de cuerpo negro no podía explicarse con la física clásica, lo que llevó a Max Planck a establecer el siguiente postulado (año 1 900):

Los átomos de las paredes de un cuerpo negro emiten y absorben energía electromagnética en cantidades discretas, dadas por E=hf, donde h=6,626 x 〖10〗^(-34 ) J.s y f es la frecuencia de la radiación emitida.

Planck llamó fotones a los cuantos de energía, indicando que podrían tratarse como partículas.

La constante h se llama actualmente constante de Planck.

Efecto fotoeléctrico

Es el fenómeno consistente en la emisión de electrones de un metal por acción de la luz incidente.

La teoría electromagnética clásica no puede explicar este fenómeno, por lo que A.Einstein recurrió a herramientas no clásicas para describirlo.

Explicación de Einstein del Efecto Fotoeléctrico:

La luz incide sobre la superficie metálica en forma de partículas (fotones), cada una de las cuales lleva una energía E=hf, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la onda incidente.

El fotón es absorbido completamente por el electrón con el cual choca, proporcionando a éste una energía E_0 suficiente para desprenderse de la superficie.

La energía cinética máxima del electrón emitido (fotoelectrón) será la diferencia entre la energía llevada por el fotón y la energía necesaria para romper el enlace del electrón con el átomo al que está ligado, cumpliéndose la ahora llamada ecuacion de Einstein del efecto fotoeléctrico dada por

E_cmáx=hf- E_0

Existe una energía mínima para apreciar el efecto fotoeléctrico, el cual corresponde a una frecuencia umbral f_0 de la luz incidente.

Un aumento en la intensidad de la luz solo contribuye a extraer más electrones del metal y no a proporcionar a éstos mayor energía.

Efecto Compton

Fenómeno consistente en un aumento de la longitud de onda de la luz dispersada por un electrón en reposo.

El cambio en la longitud de onda viene dado por:

∆λ=λ_C (1-cosθ)

donde λ_C=m/hλ= se llama longitud de onda de Compton para el electrón y θ es el ángulo de dispersión.

Odas de De Broglie

Louis De Broglie propuso que a todas las partículas se les puede asociar una onda de longitud de onda λ=h/p ,donde h es la constante de Planck y p la cantidad de movimiento de la partícula.

Principio de Incertidumbre de Heisemberg

Establece que “no se puede

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