Clase 5

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FIS-433-1
Bases de la Mecánica Cuántica
¿Qué es la Teoría Cuántica ?
La teoría cuántica es el conjunto de ideas más exitoso jamás concebido por
seres humanos. Por medio de esta teoría tenemos la capacidad de explicar;
La tabla periodica de los elementos, la razon de las reacciones químicas. Nos
Enseña a entender el funcionamiento del LASER, los microchip, la nanotecnología
, la estabilidad del ADN…
En fin la Teoría del Mundo Microscópico o actualmente Nanoscópico
Los orígenes de la Mecánica Cuántica
Radiación de Cuerpo Negro
Efecto Fotoeléctrico
Efecto Compton
Líneas Espectrales
Imposibles de explicar con la Física Clásica a pesar de que
•Movimiento de los planetas: mecánica clásica (NEWTON)
•Electricidad (rayos, creación y control de la
electricidad), magnetismo (imanes, corrientes).
•Ondas (Sonido, luz)
•Química (Dalton, Lavoisier, Avogadro, Mendeleev)
•Termodinámica, Mecánica Estadística (Maxwell,
Boltzmann)
Radiación de Cuerpo Negro
Luz y Radiación Térmica
La Luz y la Radiación Térmica son en realidad la misma cosa.
Una chimenea emite además de Luz, rayos infrarrojos que crean la sensación de calor.
Las leyes fundamentales de la radiación térmica son:
Cuanto mas intensamente se calienta un objeto la intensidad del brillo es mayor.
A medida que se calienta el objeto, el color de la Luz emitida varia
varia del rojo al blanco.
Por ejemplo cuando se calienta un trozo de metal al rojo vivo o aun mas.
La radiación del cuerpo negro
El término radiación se refiere a la emisión continua de energía desde la superfic
de cualquier cuerpo, esta energía se denomina radiante y es transportada por las
ondas electromagnéticas que viajan en el vacío a la velocidad de 3·108 m/s .
Las ondas de radio, las radiaciones infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta,
los rayos X y los rayos gamma, constituyen las distintas regiones del
espectro electromagnético.
http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/image_galleries/ir_zoo/zoo.html
Energía Radiante Sobre una Superficie
Sobre la superficie de un cuerpo incide
constantemente energía radiante.
Cuando la energía radiante incide sobre
la superficie una parte se refleja
y la otra parte se transmite.
Si la superficie es lisa y pulimentada, como la de un espejo,
la mayor parte de la energía incidente se refleja, el resto
atraviesa la superficie del cuerpo y es absorbido por sus
átomos o moléculas.
La misma proporción de
la energía radiante (Ei)
que incide desde el
interior se refleja hacia
dentro, y se transmite
la proporción (Er=1-Ei)
que se propaga hacia
afuera y se denomina
por
tanto,
energía
radiante emitida por la
superficie.
Una aplicación práctica está en los termos utilizados para
mantener la temperatura de los líquidos como el café. Un
termo tiene dobles paredes de vidrio, habiéndose vaciado de
aire el espacio entre dichas paredes para evitar las pérdidas
por conducción y convección. Para reducir las pérdidas por
radiación, se cubren las paredes con una lámina de plata que
es altamente reflectante y por tanto, mal emisor y mal
absorbedor de radiación.
Cuerpo Negro
La superficie de un cuerpo negro es un caso límite,
en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida,
y toda la energía incidente desde el interior es emitida.
Que bien con este modelo simple podríamos
Determinar las leyes Físicas que rigen
La Radiación térmica
No existe en la naturaleza un cuerpo negro,
incluso el negro de humo refleja el 1% de la energía incidente.
Sin embargo, un cuerpo negro se puede sustituir con gran aproximación
por una cavidad con una pequeña abertura. La energía radiante incidente
a través de la abertura, es absorbida por las paredes en múltiples
reflexiones y solamente una mínima proporción escapa (se refleja)
a través de la abertura. Podemos por tanto decir, que toda la energía
incidente es absorbida.
Para hacer que la caja sea una fuente luminosa,
se calientan sus paredes hasta que estas
empiezan a emitir Luz.
Consideremos una cavidad cuyas paredes están a una cierta temperatura.
Los átomos que componen las paredes están emitiendo radiación electromagnética
y al mismo tiempo absorben la radiación emitida por otros átomos de las paredes.
Cuando la radiación encerrada dentro de la cavidad alcanza el equilibrio con los átomos
de las paredes, la cantidad de energía que emiten los átomos en la unidad de tiempo es
igual a la que absorben. En consecuencia, la densidad de energía del campo electromagnético
existente en la cavidad es constante.
A cada frecuencia corresponde una densidad de energía que depende solamente de la
temperatura de las paredes y es independiente del material del que están hechas.
Resultados Experimentales
Muestran lo siguiente
La teoría clásica
No es capaz
de explicar este
grafico experimental
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