198- Fisica Moderna – [PPT Powerpoint]

  • CENTRO DE ESTUDIOS PREUNIVERSITARIOSUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFISICA MODERNATEMASIntroduccin , Comportamiento Corpuscular de la RadiacinElectromagntica – Modelo de Planck, Radiacin del Cuerpo Negro,Efecto Fotoelctrico, Generacin de Rayos
  • IntroduccinLa fsica moderna o fsica cuntica, es la rama de lafsica que estudia el comportamiento de las partculas teniendo encuenta su dualidad onda-corpsculo. Esta dualidad es el principiofundamental de la teora cuntica. El fsico alemn Max Planck fuequien estableci las bases de esta teora al postular que la materiaslo puede emitir energa en pequeas unidades discretas llamadascuantos
  • La mecnica cuntica ampli gradualmente el conocimiento de laestructura de la materia, proporcion una base terica para lacomprensin de la estructura atmica, y resolvi las grandesdificultades que preocupaban a los fsicos en los primeros aos delsiglo XX tales como:El espectro de radiacin de los cuerpos calientes (Kirchhoff1860)Radiacin de los cuerpos negrosEl efecto fotoelctrico (Hertz1887)La generacin de rayos X (Roentgen 1895).El efecto Compton
  • MECANICA CUANTICAEl estudios de los fenmenos a escalamicroscpica mediante la hiptesis de la cuantizacin de la energa yla dualidad onda partcula fue desarrollado por Schrodinger, Dirac,WernerGustav Kirchhoff , propone el concepto del cuerpo negroStefanBoltzman propone que la energa de radiacin es proporcional a T4W.Wien propuso que la distribucin de la energa segn la frecuencia yla temperaturaRayleigh aplica el teorema de la equiparticin paraexplicar los resultados de la distribucin de los cuerpos negrosPlanck tomando los trabajos de Wien y Rayleigh hizo unainterpolacin matemtica
  • A principios del siglo XX, los fsicos an no reconocan claramenteque stas y otras dificultades de la fsica estaban relacionadasentre s. El primer avance que llev a la solucin de aquellasdificultades fue la introduccin por parte de Planck del concepto decuanto, como resultado de los estudios de la radiacin del cuerponegro realizados por los fsicos en los ltimos aos del siglo XIX.Max PlanckLa interpolacin matemtica de las ecuaciones de Wien yRayleigh fue una de las contribuciones mas importantes a lafsica
  • RADIACION DEL CUERPO NEGRO
  • Radiacin del Cuerpo NegroUn objeto ideal que absorbe toda laradiacin que llega a su superficie se llama cuerpo negro. Un cuerponegro es tambin un emisor perfecto de radiacin y emite la mximacantidad de energa a cualquier temperatura Para determinar conprecisin la radiacin trmica se elige el cuerpo negro
  • 1.- La intensidad total de la radiacin (rea bajo la curva) esproporcional a la cuarta potencia de la temperatura. Ley de StefanBoltzmann
  • Ley de Wien La longitud de onda para la cual la intensidad esmxima sufre un corrimiento al violeta cuando la temperatura aumenta. Especifica que hay una relacin inversa entre la longitud de ondaen la que se produce el pico de emisin de uncuerpo negroysutemperatura.
  • Ley de Lord Rayleigh Lord Rayleigh presento un calculo clsicopara la energa radiada. Predeca que un cuerpo negro debera emitiruna energa infinita»catstrofe ultravioleta»
  • La energa irradiada por unidad de rea, por unidad de tiempo ypor intervalo de longitud de onda, emitida por un cuerpo negro, sellama radiancia (R)Max Planck diseo una formula para quedescribiera las curvas reales obtenidas experimentalesLey de MaxPlanck
  • Lo que hizo Planck fue disear una frmula matemtica quedescribiera las curvas reales con exactitud; despus dedujo unahiptesis fsica que pudiera explicar la frmula:
  • Hiptesis de Planck: Los tomos se comportan como osciladores quevibran con una determinada frecuencia.La energa que emiten estososciladores no es continua sino mas bien discreta (cuantizada)Laenerga slo se puede intercambiar en forma de cuantos. La energa deun cuanto es igual a E=nh donde h = 6,63 10-34 J s (constante dePlanck)
  • EFECTO FOTOELECTRICO
  • Lentes y pticaMayo 2004LuzElectronesLa iluminacin de unasuperficie metlica con un haz de luz tiene como resultado laextraccin de electrones libres desde la superficieEfectoFotoelctrico
  • La teora ondulatoria sugiere que se liberarn electrones con unaenerga cintica mayor, a medida que la luz que incide sobre el metalse hace ms intensa, sin embargo los experimentos mostraron que lamxima energa cintica posible de los electrones emitidos slo dependede la frecuencia de la luz incidente y no de su intensidad.La teora ondulatoria sugiere que cualquier radiacin ser capaz dearrancar fotoelectrones de la superficie metlica si tiene laintensidad suficiente, sin embargo, los experimentos demuestran queslo la radiacin con una frecuencia mayor a un cierto valor mnimo(frecuencia de corte) arranca electrones. La teora ondulatoriasugiere que para arrancar los primeros electrones debe transcurrirun tiempo (llamado tiempo de retardo) en el cual el electrn acumulaun mnimo de energa necesaria para poder desprenderse de lasuperficie, sin embargo, los experimentos demuestran que loselectrones son arrancados casi instantneamente.Albert Einstein
  • Recurriendo a la hiptesis de Planck, Einstein consider la luzcomo un conjunto de «proyectiles», que cuando chocan contra unelectrn libre del metal le entregan su energa, y si tienen lacantidad suficiente, el electrn es expulsado del metal, en casocontrario (por debajo de una determinada frecuencia de corte), nologran arrancar electrones. Es la energa mnima para desprender unelectrnEs la frecuencia de corte por debajo de el no hay emisin
  • Se puede medir la energa cintica mxima invirtiendo la polaridadde la fuente y dndole un valor suficiente (llamado potencial defrenado Vo), de manera que frene a los electrones ms energticos. Eneste caso la energa cintica ser igual al trabajo hecho contra elcampo elctrico
  • Si la Intensidad de la luz se incrementa para una luz defrecuencia constante, se observa que cuando el potencial espositivo las curvas son constantes lo que indica que todos los fotoelectrones son captados por el nodo. Si el potencial se hacenegativo para reducir la corriente a cero el potencial de frenadono varia con la intensidad de la luz
  • Si se varia la frecuencia manteniendo constante la intensidad dela luz , el potencial de frenado crece . El potencial de frenado esfuncin de la frecuencia
  • El potencial de frenado depende de la frecuencia , manteniendoconstante el material. Se puede determinar el valor de h y lafuncin trabajo como h/eCuanto mayor es la funcin trabajo mayor esla frecuencia umbral necesaria para emitir electronesMaterialFuncin trabajo(ev)Aluminio4,3Carbono5,0Cobre4,7Oro5,1Nquel5,1Plata4,3Sodio2,7Silicio4,8
  • La frecuencia umbral depende del tipo de metal usado.Paradeterminado material la energa cintica de los electrones emitidoses independiente de la intensidad y depende slo de la frecuencia dela luz.La emisin de electrones es casi instantnea.El nmero defotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luzincidente.El potencial de frenado vara linealmente con lafrecuencia.Los electrones absorben la energa de un fotn porcompleto o simplemente no absorben nada.Recordamos que:e v = 1,6 x 10 -19 J me = 9,11 x 10 -31 kgResumen
  • RAYOS X
  • Los rayos X son radiacin electromagntica altamente penetrante,con una longitud de onda menor que la de la luz visible. Songenerados bombardeando un blanco metlico (generalmente devolframio) con electrones de alta velocidad en un proceso inversoal seguido en el efecto fotoelctrico Wilhelm Conrad Roentgen. Fsicoalemn galardonado con el premio Nobel de Fsica en 1901, por sudescubrimiento de una radiacin invisible ms penetrante que laradiacin ultravioleta a la que denomin rayos X Rayos X
  • nodoRayos XCtodo calentadoElectronesLa radiacin electromagnticaemitida cuando los electrones acelerados por una diferencia depotencial Vo son frenados violentamente al chocar con la superficiemetlica nodo
  • Despreciando la energa inicial de los electrones terminicos ycualquier prdida de energa en el impacto( K), la energa de losfotones X debe ser igual a la energa cintica de los electronesacelerados La energa potencial eVo se convierte en energa cinticadel electrn que cuando choca contra el blanco genera rayos X
  • Experimentalmente se obtiene la curva que se muestra en lafigura donde se observa la longitud de onda mnimo contradice laprediccin de la fsica clsicaLas longitudes de ondas caractersticosde los rayos X son del orden de 10-11 m
  • La radiografa es una de las aplicaciones ms difundidas de losrayos X
  • Gracias por la atencin****2**2*************************
  • Publicaciones Similares