MECANICA CUANTICA Los análisis realizados en años anteriores a 1990 parecieran indicar que la
Para estudiar el comportamiento de la radiación emitida por un cuerpo que se calienta a diferentes temperaturas se emplea un modelo ideal conocido como cuerpo negro. Se llama cuerpo negro a una disposición material capaz de absorber la totalidad de la radiación que se emite sobre él, una cavidad cerrada cumple aproximadamente con esta característica.
MECANICA CUANTICA (FUNDAMENTOS)
La interacción electromagnética se describe:
El Campo Eléctrico:
- La carga esta en reposo respecto al observador.
- Aparece un Campo Eléctrico de intensidad E, radial.
EL CAMPO MAGNETICO CONSTANTE
- La carga posee un movimiento rectilíneo uniforme.
- El observador detecta un campo eléctrico E y un campo magnético B.
- Si una carga está dentro de un campo electromagnético da una segunda carga, se ejerce una fuerza sobre la primera.
F= q( E + V X B ) V= Velocidad de las partículas.
- Los campos electromagnéticos tienen una fuerza generalizada de energía.
- La energía depende de los campos y la materia.
PARA EL VACIO
-
- mo = 4 X 10-7 Wb/A (Permeabilidad magnética).
EL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO VARIABLE EN EL TIEMPO.
- La Energía, por depender del campo, donde se calcule.
- Se irradia energía, si el campo varía en el tiempo, este es el concepto de Radiación Electromagnética.
- Si la partícula esta acelerada irradia Energía.
RESULTADOS DE LA FÍSICA CLÁSICA
- La energía promedio de las ondas estacionarias es
E = KT.- Depende solo de la temperatura T.
- La energía promedio E es independiente de la frecuencia.
K = 1.38 X 10-23 J/s
FÍSICA CLÁSICA
Asigna:
E = KT
P(E): Probabilidad para que un estado energético pueda ser ocupado.
LA CATÁSTROFE ULTRAVIOLETA
E(g )es la Densidad de Energía.
ges la Frecuencia.
- En los cálculos se nota un incremento exponencial de la Densidad de Energía respecto a la frecuencia. Modelo Matemático, Formula de Rayleigh – Jean.
- A mayor temperatura la frecuencia a la cual se obtiene la máxima densidad de energía es mas alta, pero a frecuencia s muy grandes la densidad de energía tiende a cero. Sin embargo la teoría clásica predecia que la densidad de energía aumentaba proporcionalmente a la frecuencia de acuerdo a la Ley de Rayleigh – Jean.
De acuerdo a esta ley, la densidad de energía de las ondas de muy alta frecuencia tiende a infinito, contrario a los resultados experimentales que muestran que la densidad de energía para esas frecuencias tiende a cero. " Esta enorme contradicción de los resultados predichos contra los obtenidos se llama Catástrofe Ultravioleta.
Con la Energía Promedio:
E = E
HIPÓTESIS DE PLANCK
Los modelos de la época eran incapaces de obtener una explicación satisfactoria del fenómeno, fue necesario que surgiera un revolucionario planteamiento, propuesto por Max Planck, para poder describir la radiación del Cuerpo Negro. A pesar de las observaciones macroscópicas sobre la distribución de la energía, Planck supuso que la energía no era una magnitud continua, solo podía presentarse en ciertos valores discretos. Imaginó que las ondas electromagnéticas de cierta frecuencia eran irradiadas por los átomos del sólido que se comportaban como pequeños osciladores a esa misma frecuencia, pero no podían tener una energía arbitraria, sino que debía estar dada por:
E = nh
gh = 6,6256 X 10-34
Donde n es un numero entero positivo y h es la Constante de Planck, cuyo valor se determino experimentalmente:
La energía está constituida por porciones discretas llamadas cuantos, cuyos valores son múltiplos de h. De acuerdo a esto, para que un átomo irradie debe poseer un número cuántico de oscilación n mayor que cero, y si la energía del cuanto depende de su frecuencia ¿ Por qué es tan débil la radiación de alta frecuencia ?.
Para explicar esto, Planck supuso que la energía de los osciladores en equilibrio se distribuían a la ley de distribución de Boltzmann, que se utilizaba para describir las velocidades de grandes números de partículas.
Para determinar la función de distribución de Boltzmann se sigue un razonamiento como el siguiente: es imposible conocer al mismo tiempo la velocidad de las moléculas de un gas, pero mediante un análisis estadístico es posible predecir cuantas poseen una determinada velocidad, esto se logra por el hecho de que, a pesar de las colisiones y consiguiente intercambio de velocidad, el número de moléculas que poseen una velocidad comprendida en un pequeño intervalo V +
D v, es constante, por lo tanto podemos definir la distribución de velocidades moleculares como la fracción DN/N de moléculas que tienen velocidades comprendidas entre V y V + D v.
La forma matemática de esta función:
e-EKT
Llamado factor de Boltzmann, en el cual E es la energía cinética de la partícula.
PARA BAJAS FRECUENCIA:
g® 0
DE ® 0
E = KT =Superficie.
ALTAS FRECUENCIAS:
g ® ¥
DE ® ¥
E® 0
Este modelo explica las mediciones:
D
E a g
D
E = hg
LEY DE RADIACION DE PLANCK
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