radiacion de cuerpo negro y efecto fotoelectrico
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radiación de cuerpo negroTRANSCRIPT
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
GUÍA DE APRENDIZAJE RADIACION DE CUERPO NEGRO, EFECTO
FOTOELÉCTRICO Y EFECTO COMPTON
RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
¡Sabias que! Todo cuerpo a temperatura diferente del cero absoluto; la
temperatura más baja que puede existir en la naturaleza, emite radiación con una
distribución espectral en todas las longitudes de onda.
La teoría clásica argumentaba que dicha radiación era emitida continuamente por
partículas cargadas aceleradas (revisar capítulo de ondas electromagnéticas),
pero a finales del siglo XIX al estudiar la radiación emitida por un cuerpo
denominado cuerpo negro aparecieron algunas inconsistencias1.
Es importante conocer como fue el surgimiento de esta nueva teoría ya que
permite entender algunas de sus principales características.
CUERPO NEGRO
Es un cuerpo ideal, que absorbe toda la radiación que incide sobre él (no la deja
escapar) y la radiación que emite depende únicamente de la temperatura de su
cavidad. Para tener una idea más clara de lo que representa un cuerpo negro,
considera un cuerpo oscuro provisto de una abertura muy pequeña que conduce a
una cavidad interior; caracterizada porque toda la radiación incidente sobre esta
es reflejada múltiples veces, como se observa en la figura, y por lo tanto la
probabilidad de emerger nuevamente de la cavidad es muy pequeña.
RESULTADOSEXPERIMENTALES
El comportamiento de la intensidad de radiación para un cuerpo negro a diferentes
temperaturas y longitudes de onda se presenta en la siguiente gráfica.
1 Hay que recordar que en el mundo científico, ante la inconsistencia de una teoría con la realidad, ésta, debe ser
replanteada, reestructurada o reemplazada. Precisamente, ante esta situación estaba por surgir una nueva teoría, que le
daría un matiz completamente diferente a la ciencia y tecnología.
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
Tomado de: http://farm4.static.flickr.com/3640/3366551312_e61d14dd5a_o.jpg
Los resultados experimentales de la radiación de cuerpo negro (ver figura)
arrojaron los siguientes hechos significativos:
1. Ley de Stefan: la intensidad de radiación es proporcional a la cuarta
potencia de la temperatura; es decir a un aumento de temperatura hay un
cambio significativo en la intensidad de radiación y se expresa de la
matemáticamente como
donde
emisividad del cuerpo
área de la cavidad en
constante de Stefan-Boltzman (
es la temperatura de la cavidad en
2. Ley de Wien, señala un corrimiento de los picos de radiación2 hacia las
longitudes de onda corta a medida que aumenta la temperatura, y su
expresión matemática es
¡Sabias que!, esta ley explica porque es más fácil observar la radiación de
una lamina de metal a medida que aumentamos su temperatura
Aunque, las anteriores leyes explicaban algunas características de la radiación del
cuerpo negro, no lograban establecer la relación funcional entre intensidad de
2 Donde se concentra la amplitud de energía irradiada por el cuerpo.
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radiación, temperatura y longitud de onda. ¡Pero entonces porque en las gráficas
se ve que claramente esta funcionalidad entre dichas variables!.
En el camino para encontrar dicha relación, una función , se formularon
varias teorías clásicas, entre las cuales una de las más representativas y
mencionadas fue la teoría de Rayleigh-Jeans (catástrofe ultravioleta3).
Ejemplo
Las temperaturas de las estrellas azules oscila entre los a
(Astronomía sur, 2008)¿Cuáles son las longitudes de onda de los picos de
radiación emitidas por estas estrellas a estas temperaturas?.
Solución
Para calcular la longitud de onda de la radiación emitida por estas estrellas a
dichas temperaturas se hace uso de la Ley de Wien
A la respectiva longitud de onda es
Y a es
Ejemplo
RADIACIÓN SOLAR EN EL ALTIPLANO CUNDIBOYACENSE. En la región
Andina sobresale el altiplano Cundiboyacense, con valores máximos en febrero en
los niveles de 480 cal/cm2/día, que luego descienden gradualmente hasta junio,
mes de mínimos con 420 cal/cm2/día; nuevamente se incrementan poco a poco
hasta septiembre, para descender hasta noviembre. (García, 2006) ¿ cuál es la
intensidad de radiación en
? ¿Cuál es la temperatura promedio del sol si la
intensidad de radiación sobre la superficie terrestre es de
Cuales pueden
ser las posibles razones por las cuales las intensidad de radiación en el altiplano
cundiboyacense se reduzca a
3 Implicaba que las radiaciones con longitudes de onda pequeñas serían infinitamente grandes y
predominarían sobre las radiaciones de longitud de onda grande.
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Solución
a) En primer lugar se debe hacer la conversión de las unidades al sistema
internacional
) obteniéndose como resultado las siguientes intensidades: en
febrero de y en junio de .
Ejemplo
Calcule la potencia promedio y la longitud del onda del pico de radiación del sol si
su radio es , su temperatura superficial es de y su emisividad
es .
Adaptado de: http://www.astro-digital.com/3/sol1.jpg
Solución
Aproximadamente el sol es una esfera por lo tanto se debe calcular su área
superficial
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Por lo tanto la potencia promedio emitida por el sol, calculada con la ley de Stefan,
es
Por lo tanto la longitud de onda del pico de radiación es
Ejemplo
Calcule la potencia total de energía irradiada por el sol sobre la superficie de la
Tierra, si el radio de esta es , y la distancia media Tierra-Sol
es .Nota: la potencia promedio del sol en la superficie de la
tierra es .
Solución
Para realizar este cálculo se considera el área de una superficie esférica con
centro en el sol y cuyo radio es la distancia media tierra-sol.
,
ya que la superficie de la tierra irradiada por el sol es un circulo cuyo radio es el de
la tierra, la potencia que llega a tal superficie
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GRAFICAS DE CURVA EXPERIMENTAL Y TEORÍA CLÁSICA DE RAYLEIGH-
JEANS PARA RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
Tomado de: http://www.ua.es/cuantica/docencia/qf_II/Tema_1/cuerpo_negro.png
No es de importancia describir paso a paso como se formuló esta teoría, pero si es
relevante observar (figura) la no correspondencia de la curva teórica (Rayleigh-
Jeans) y la curva experimental para valores pequeños de , ya que fue
precisamente en este momento de la historia de la física donde la teoría presento
serias inconsistencias ante los resultados experimentales de la radiación de
cuerpo negro y estaría por surgir una nueva teoría que revolucionaria y
transformaría por completo el mundo.
La expresión matemática encontrada por Rayleigh-Jeans para describir el
comportamiento de radiación de un cuerpo negro fue
,
Donde
constante de Boltzman
de la anterior expresión se puede notar que cuando (longitudes de onda
pequeñas) la intensidad de radiación tiende al infinito ( es enorme). ¡Sera que este
resultado guarda lógica con la grafica experimental de la radiación de cuerpo
negro!
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Ante el fracaso de la teoría clásica, que predecía intensidades de radiación
infinitas, aparece en el mundo tecnológico y científico una de las teorías que ha
permitido su avance a pasos agigantados. Los inicios de dicha teoría se dieron
gracias a los intentos realizados por Max Planck (1900), para explicar el
comportamiento de la intensidad de radiación del cuerpo negro ante el fracaso de
la teoría clásica.
TEORIA DE PLANCK PARA LA RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
Planck en su teoría propuso ideas que eran innovadoras y a veces hasta ilógicas
para los científicos de la época; postulaba que la superficie de la cavidad del
cuerpo negro (ver figura) estaba conformada por osciladores (cargas eléctricas
aceleradas) que absorbían o emitían únicamente ciertos valores de energía. ¡Si en
este momento resulta algo difícil de imaginar qué pensarían los científicos de
aquel tiempo!.
El trabajo de Planck se resume en los dos postulados que le tomaron mucho
tiempo de dedicación y esfuerzo, y se presentan a continuación:
Primer postulado Los niveles de energía para los átomos están cuantizados; es
decir, solo se permiten algunos valores discretos (cuántos) de niveles de energía
dados por la siguiente expresión
Donde representa el número cuántico que define el nivel de energía
es la frecuencia de oscilación de las partículas
es la constante de Planck4 ( ).
Tomado de: http://2.bp.blogspot.com. Niveles de energía y radios permitidos para el átomo
4 Es una constante de la naturaleza porque es independiente del material y temperatura de la
cavidad del cuerpo.
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Como se puede notar en la anterior gráfica los niveles permitidos para el átomo y
en el cuál se encuentran orbitando los electrones alrededor del núcleo es
cuantizado, ya que toma valores discretos desde .
Segundo postulado Las partículas cargadas únicamente pueden absorber o emitir
energía cuando hace un tránsito entre los diferentes niveles de energía, pero si la
partícula permanece en un mismo nivel de energía no absorberá ni emitirá cuántos
de radiación como se muestra en la siguiente figura.
Tomado de: http://www.hiru.com. Absorción y emisión de radiación en el átomo.
La cantidad de energía que deben absorber o emitir para lograr una transición
desde un estado de energía inicial hasta un estado final , se calcula con la
siguiente expresión
Considerando la ec. () y al hacer los cambios respectivos la anterior expresión se
transforma en
,
PREGUNTA DE ANÁLISIS
¿Qué sucede si la partícula permanece en el mismo nivel de energía?
Aunque el nuevo concepto de cuanto de energía es un poco complejo, uno de los
objetivos de este libro es ofrecer las herramientas suficientes para llegar a la
comprensión por parte del estudiante.
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
Teniendo en cuenta lo anterior, es fundamental revisar el tema de diagramas de
energía, para lograr establecer la relación existente entre los postulados de Planck
y la radiación del cuerpo negro.
DIAGRAMAS DE ENERGIA:
Un diagrama de energía es aquel en el cual se pueden establecer claramente los
niveles de energía permitidos para el átomo asi como las transiciones entre estos
(absorción y radiación de energía).
Diagrama de energía permitidos para un electrón dentro del átomo. Las flechas verticales indican las transiciones
permitidas.
Si se observa detenidamente la anterior figura, se puede notar que para lograr una
una transición de la partícula desde el nivel a un nivel superior debe
absorber radiación (aumentar su energía). La cantidad de energía que debe
absorber se puede encontrar utilizando la expresión que sale del segundo
postulado de Planck
,
ya que la energía absorbida debe estar en forma de cuantos la anterior expresión
se transforma en
,
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Por lo tanto para lograr la transición del nivel n=1 a n=2 se necesita absorber un
fotón (cuánto de radiación) con una energía donde es la frecuencia de
oscilación del electrón.
Considera ahora que la partícula inicialmente se encontraba en el nivel y
regresa a su estado inicial , por lo tanto debe emitir radiación (perder
energía), y se calcula por medio de la siguiente expresión
,
Preguntas de análisis:
¿Por qué crees que el resultado da negativo?
¿ Será lógico afirmar que para que la partícula efectué una transición desde
hasta necesita emitir mayor cantidad de radiación que en el caso anterior?
Max Planck con ayuda de su teoría cuántica de radiación de cuerpo negro
encontró la siguiente expresión, que le permitió describir de una manera muy
aproximada el comportamiento experimental de dicho cuerpo
Ejemplo
Calcule la intensidad del pico de radiación de una barra de hierro cuando está a su
temperatura de fundición de .
Solución
Para calcular la intensidad promedio de radiación se debe utilizar la teoría de
Planck, para lo cual primero debemos calcular la longitud de onda del pico de
radiación (ley de Wien)
(radiación infrarroja)
Por lo tanto
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¿Qué implicación tendría si se hace el cálculo con la explicación clásica de la
radiación de cuerpo negro?
GRAFICAS DE CURVA EXPERIMENTAL Y DE PLANCK PARA RADIACIÓN
DE CUERPO NEGRO
Tomado de: http://astronomia.net/cosmologia/imageN6A.JPG
Planck basado en sus postulados pudo explicar el comportamiento de la radiación
del cuerpo negro al considerar que a bajas longitudes la separación entre los
estados de energía del cuerpo eran pequeñas por lo tanto las transiciones de los
electrones a estados de mejor energía eran posibles. Todo lo contrario pasaba con
las longitudes de onda larga donde la separación entre estados de energía era
muy grande y por tanto la transición a estados de menor energía ( emisión) se
dificultaba mucho.
EFECTO FOTOELECTRICO
Al estudiar los efectos de la radiación los científicos encontraron un hecho
particular ;al incidir luz sobre unas de las placas metálicas al interior de un tubo de
cuarzo al vacio, se producía una descarga. Este efecto no era percibido cuando se
dejaba el tubo en la oscuridad.
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DIAGRAMA DEL APARATO UTILIZADO PARA MEDIR EL EFECTO
FOTOELECTRICO.
Montaje para analizar el efecto fotoeléctrico
Resultados experimentales:
El comportamiento gráfico de la corriente en función de la diferencia de potencial
cuando se hace incidir luz de diferente intensidad sobre una de las placas al
interior del tubo de cuarzo, se muestra en la siguiente gráfica
Comportamiento de la corriente y diferencia de potencial al interior del tubo de cuarzo
donde se puede notar que la corriente es diferente de cero cuando la y
únicamente se obtiene este valor cuando la diferencia de potencial es negativa;
por lo tanto debe existir un agente externo que produzca el movimiento de los
electrones aún sin presencia de la fuente.
Otro aspecto de gran importancia y que representaría otra de las debilidades de la
teoría clásica para explicar el efecto fotoeléctrico esta relacionado con la
intensidad de la luz; ya que asi se trate de luz de baja o alta intensidad se
producía el efecto fotoeléctrico y adicionalmente se evidenciaba un punto en que
las corrientes convergen a cero bajo un una misma diferencia de potencial
negativa llamada potencial de frenado.
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Preguntas de análisis
¿ Es posible que el amperímetro del circuito mostrado en la figura marque un valor
de corriente cuando la fuente de voltaje está apagada?
¿Por qué es importante la fuente de voltaje en el aparato mostrado en la figura?
¿ Por qué la diferencia de potencial es negativa cuando la corriente es cero en la
gráfica?
Explicación clásica del efecto fotoeléctrico:
Para tratar de explicar la procedencia del potencial de frenado la teoría clásica
analizo la conservación de energía del sistema campo eléctrico-electrón , tal como
se muestra a continuación
Sistema aislado electrón- campo eléctrico cuando se acelera el electrón
Analizado la conservación de la energía del sistema mostrado en la figura anterior
se obtiene el siguiente resultado
,
Para el caso de cargas eléctricas se transforma en
Clásicamente el electrón era acelerado desde el reposo hasta cierta velocidad
debido a la acción de una diferencia de potencial; si esta aumentaba entonces los
electrones alcanzarían mayor velocidad, por el contrario a medida que disminuía
su velocidad también, y finalmente si la diferencia de potencial era cero entonces
la velocidad del electrón también sería nula. ¡Lo asombroso es! que desde la
superficie iluminada y sin diferencia de potencial se producía movimiento de carga
que se podía evidenciar en la pequeña corriente marcada por el el amperímetro.
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Para lograr que la corriente en el amperímetro se anule completamente se invirtió
la polaridad de la batería con el propósito de producir un campo eléctrico que
desacelere completamente los electrones, como se muestra en la siguiente figura
Sistema aislado electrón-campo eléctrico cuando se desacelera el electrón
Por lo tanto al aplicar el teorema de conservación de la energía para este
diferencia de potencial negativa para detener un electrón bajo la acción de un
campo eléctrico, se obtiene como resultado
Pregunta de análisis ¿ en la última expresión por qué la energía cinética inicial
puede ser sustituida por ?
EXPLICACIÓN DE EINSTEIN PARA EL EFECTO FOTOELÉCTRICO
Ante los fracasos de la teoría clásica del efecto fotoeléctrico en cuanto a no poder
explicar porque luz de baja intensidad y luz de baja intensidad convergían a un
mismo punto; la frecuencia de la luz incidente era determinante en la emisión
fotoeléctronica; la emisión instantánea de fotoelectrones con luz de alta y baja
intensidad. Para responder satisfactoriamente al comportamiento real del efecto
fotoeléctrico, Albert Einstein en 1905 retomando la teoría de cuantización de la
energía de Planck, trabajo que le hizo acreedor al premio Nóbel, presenta su
teoría que consideraba a luz incidente como un gran número de partículas o
cuantos de radiación llamados fotones los cuales se mueven a la velocidad de la
luz en dirección de propagación de la luz, tienen energía ; es la frecuencia
de la luz y 5 es constante de Planck. Estos fotones producen la emisión
fotoelectrónica únicamente si tienen la energía suficiente para sacar el electrón del
5 La constante de Planck es una constante de la naturaleza que no depende de las propiedades y
temperatura de los cuerpos.
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metal (vencer la función de trabajo que depende únicamente del metal ) y
adicionalmente sacarlo con cierta velocidad.
La expresión utilizada por Einstein para la explicación del efecto fotoeléctrico se
puede comprender fácilmente si se observa con cuidado el siguiente gráfico
Teniendo en cuenta la conservación de energía del sistema fotón-electrón en el
momento de la colisión Einstein obtuvo la siguiente expresión para explicar el
efecto fotoeléctrico
Pregunta de análisis ¿ a medida que utilizamos radiación con mayor longitud de
onda se facilita o se complica la emisión fotoelectronica?
Frecuencia de corte y longitud de onda de corte:
Experimentalmente se comprobó que por encima de cierta longitud de onda y por
debajo de ciertas frecuencia la luz que iluminaba la placa metálica no producía
emisión de fotoelectrones; es decir no se tiene la energía suficiente para sacar al
electrón del metal. A esta longitud de onda y frecuencia se las llamo
respectivamente longitud de onda de corte y frecuencia de corte, que se obtienen
a partir del siguiente razonamiento:
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En el momento que la luz tiene la frecuencia de corte tiene únicamente la energía
suficiente para vencer la función de trabajo pero no para lograr el movimiento del
electrón ( , por lo tanto
De igual forma
6
Ejemplo
Se ilumina una superficie de plomo con luz de longitud de onda de 500nm. La
función de trabajo para el plomo es de 4,25ev. Calcule a) la frecuencia de corte
par el plomo, b) existe efecto fotoeléctrico? c) la energía cinética máxima de los
fotoelectrones emitidos por el metal. d) Calcular los incisos a), b) y c) cuando se
hace incidir rayos X de longitud de onda 850nm sobre la placa de plomo. e)
teniendo en cuenta el resultado del inciso d) responde porque es utilizado el plomo
cuando se hace diagnóstico con rayos X.
Solución
a)
Por lo tanto la
6 Para fines prácticos en los cálculos se maneja la constante .
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b) Debido la de la luz es mayor que la no es posible que exista efecto
fotoeléctrico; es decir la radiación no tiene la energía suficiente para
desprender el electrón de los átomos del metal.
c) Teniendo en cuenta la ec se obtiene el valor de la energía cinética máxima
Anteriormente se observo que ya que no existe efecto fotoeléctrico y otra
de las pruebas de la no emisión fotoelectrónica es cuando se presentan energías
cinéticas máximas negativas.
d)
La frecuencia de corte y longitud de onda de corte es la misma ya que esta no
depende de la luz que incide sobre la placa sino simplemente del material del cual
está conformada la placa.
Ya que la que no hay efecto fotoeléctrico y por lo tanto
nuevamente se van a obtener valores negativos de energía cinética máxima.
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EFECTO COMPTON
Antes del año 1922, Compton y sus colaboradores acumularon prubas para
demostrar que la teoría ondulatoria no podía explicar el efecto de la
dispersión de rayos X por electrones. Como se podrá observar más
adelante para explicar este fenómeno Compton se baso en los fotones
(cuántos de radiación).
EXPLICACIÓN CLASICA DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO
Las ondas electromagnéticas de frecuencia deben producir dos efectos:
1. Debido a la presión de radiación los electrones se acelerarían a diferentes
velocidades en dirección de propagación de la onda electromagnética.
2. El campo eléctrico que excita a los electrones debería lograr que estos
oscilaran a frecuencia (diferente de la radiación incidente) y de esta
manera, al tratarse de cargas excitadas, emitir radiación en forma de ondas
electromagnéticas. Por otro lado un observador para cierto ángulo de
dispersión debería medir varias frecuencias de radiación a medida que los
electrones se mueven a diferentes velocidades irradiando ondas
ESQUEMA DEL DISPOSITIVO UTILIZADO POR COMPTON PARA EXPLICAR
EL EFECTO COMPTON.
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
Disponible en: http://www.uneduc.cl/fisicamoderna/10%20Efecto%20Compton.pdf
GRAFICAS DE INTENSIDAD DE RADIACIÓN Vs LONGITUD DE ONDA PARA
DIFERENTES ANGULOS DE DISPERSIÓN
Disponible en: http://www.uneduc.cl/fisicamoderna/10%20Efecto%20Compton.pdf
Análisis gráfico:
Para la intensidad de radiación de los fotones emitidos es igual a la
intensidad de radiación de los rayos x dispersados. Es importante resaltar que
corresponde a la longitud de onda de los picos de radiación de los electrones
fuertemente ligados al átomo.
A medida que aumenta el ángulo de dispersión la intensidad de radiación de la
radiación dispersada aumenta; ya que se trata de una longitud de onda mayor
implica que la energía de la radiación dispersada disminuye a medida que
aumenta el ángulo . Es fundamental tener en cuenta que corresponde a la
longitud de onda del pico de intensidad de radiación de los electrones libres dentro
de los átomos del material.
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EXPLICACIÒN MATEMÀTICA DE LA ECUACIÓN DE DESPLAZAMIENTO
COMPTON
Compton para poder explicar la relación entra las longitudes de onda y ángulos de
dipersiòn de los rayos x dispersados y el electrón en retroceso presento la
siguiente expresión que se denomina ecuación de desplazamiento Compton. Para
hacerlo considero la colisión elástica entre el fotón de rayos X y el electrón del
material como lo indica la figura.
A partir de pruebas experimentales demostró que la radiación dispersada bajo
cierto ángulo se caracterizaba por ser emitida bajo una única frecuencia y
por otro lado los electrones no eran acelerados únicamente en la dirección de la
propagación sino que lo hacían en algunos caso bajo un ángulo de dispersión. Lo
anterior trajo incongruencias entre los resultados experimentales y las
predicciones clásicas y por lo tanto se necesitaba de una nueva teoría que
explicara satisfactoriamente el fenómeno; momento en el que aparece Compton
considerando la radiación como partículas (fotones cuya
) que colisionan, de manera similar
a bolas de billar, con los electrones del grafito (ver fig. )
Modificado de:
http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:wluCnpIhdA6n6M:http://www.hiru.com/fisika/fisika_05900.html/fisica_059_03p.gif&t=1
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
Ya que una colisión elástica se caracteriza porque se conserva la energía
mecánica y la cantidad de movimiento se tiene
Conservación de la energía mecánica relativista7
Conservación de la cantidad de movimiento relativista
Al combinar las ecuaciones que resultaron de la conservación de la energía y la
conservación de la cantidad de movimiento Compton obtuvo la ecuación de
desplazamiento Compton, la cual describe el cambio en la longitud de onda del
fotón de rayos X dispersado teniendo en cuenta el ángulo de dispersión de este, y
se expresa matemáticamente de la siguiente forma
El término
es llamada longitud de onda Compton.
Ejemplo
Se dispersan rayos X de longitud de onda cuando colisionan con
cierto material. Los rayos X dispersados se observan con un ángulo de con
referencia al haz incidente. a) cuál es la longitud de onda de los rayos X
dispersados, b) cuál es la velocidad de retroceso del electrón, c) cuál es la
energía en de los rayos X incidentes y dispersados.
7 Ya que se trata de partículas a nivel subatómico que se mueven a velocidades cercanas a la luz , se requiere el uso de cantidades físicas relativistas (revisar capitulo de energía relativista)
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
Solución
a) Para hallar la longitud de onda de los rayos x dispersados se utiliza la ec
b) Al utilizar la ec es posible encontrar la energía cinética de retroceso del
electrón
Ahora teniendo en cuenta que la
se
procede a despejar y calcular la velocidad de retroceso
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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS (Entregar en la fecha asignada
previamente)
Preguntas de análisis
1. Por qué fracaso la teoría de Rayleigh- Jeans ante los resultados
experimentales de la radiación de cuerpo negro?
2. La explicación de los fenómenos radiación de cuerpo negro, efecto
fotoeléctrico y efecto Compton no pudieron ser explicados con teoría
clásica?
3. En la explicación del efecto fotoeléctrico de Einstein se considera la
conservación de la energía? En caso afirmativo sustente como se
evidenció?
4. Einsten utilizo la teoría cuántica de radiación de planck para explicar el
efecto fotoeléctrico?
5. Se podría decir que las celdas fotoeléctrico funcionan bajo el principio del
efecto fotoeléctrico?
6. Un cuanto de radiación es lo mismo que un fotón?
7. Se podría decir que en los fenómenos de radiación de cuerpo negro, efecto
fotoeléctrico y efecto Compton la radiación interactúa con la materia? Es
Fís. Esp. Luis Fernando Villamarín Guerrero.
posible que esta sea la razón para que se haya considerado la radiación
como fotones?
Ejercicios complementarios
1. Calcule la potencia total de energía irradiada por el sol sobre la superficie
de la luna, si el radio de esta es , y la distancia media Tierra-
luna es .Nota: la potencia promedio del sol en la superficie
de la luna es . Cuál es la temperatura promedio del sol?Nota:
tener en cuenta el radio tierra-sol.
2. Se dispersan rayos X de longitud de onda
cuando colisionan con cierto
material. Los rayos X dispersados se observan con un ángulo de con
referencia al haz incidente. a) cuál es la longitud de onda de los rayos X
dispersados, b) cuál es la velocidad de retroceso del electrón, c) cuál es la
energía en de los rayos X incidentes y dispersados.
3. Se ilumina una superficie de plata con luz de longitud de onda de 100nm.
La función de trabajo para el plata es de 4,73ev. Calcule a) la frecuencia de
corte par el plata, b) existe efecto fotoeléctrico? c) la energía cinética
máxima de los fotoelectrones emitidos por el metal. d) Calcular los incisos
a), b) y c) cuando se hace incidir rayos X de longitud de onda 850nm sobre
una placa de plomo. e) teniendo en cuenta el resultado del inciso d)
responde porque es utilizado el plomo cuando se hace diagnóstico con
rayos X.