Clase 4:Radiación del cuerpo, efecto fotoeléctrico y modelos atómicos

Transcripción

1 Clase 4:Radiación del cuerpo, efecto fotoeléctrico y modelos atómicos

2 El experimento de Millikan Determina la carga del electrón x C Atomizador de gotas de aceite Fuente de Rayos X (ioniza las gotas) Aplico voltaje Lente para observar Rk

3 Radiación: un problema sin resolver Un problema que no se puede explicar con la mecánica Newtoniana Al vacío

4 Cuerpo Negro Kirchhoff (1860) Energía absorbida y energía emitida. Absorción a l = 1 absorbe todo a cualquier l Cuerpo Negro

5 Teorema de Kirchhoff

6 Solucion a la función Stefan s = x 10-8 Wm -2 K -4 Boltzmann: Sólo para el cuerpo negro O bien En esta época no había cuerpos negros, pero en 1895, se logra mediante la siguiente afirmación

7 Nuevo modelo de prueba Un sólido con una cavidad: La probabilidad que la luz se refleje es muy baja

8 Densidad de energía (U) Relacionada con la potencia emisiva J Velocidad de la luz Sustituyendo en Stefan-Boltzmann

9 Densidad de energía (U) Relacionada con la potencia emisiva J Velocidad de la luz Sustituyendo en Stefan-Boltzmann a = x J m -3 K -4

10 Solución a la radiación del Cuerpo Negro Wein: u es una función que tiene Valor máximo para la longitud de onda Este valor es inversamente proporcional a T. Falla por encima de 1773 K con respecto a los experimentos

11 Otra solución Rayleigh-Jeans Inaceptable porque u crecería sin limite para las long. De onda pequeñas (catastrofe UV)

12 Planck La final

13 Por qué es la más adecuada? Reproduce los resultados experimentales a toda temperatura. Da mejores resultados en UV que la de Wein y permite obtener valores que la de Rayleigh Jeans no consigue en UV.

14 El efecto fotoeléctrico Emisión de electrones Cómo se puede lograrse? -Calentando -Un campo eléctrico suficientemente grande -Una partícula -Luz e - e - e - e - Metal

15 w es la energía unión metal-electrón. Para emitir e - necesita que E absorbida > w por lo tanto se conoce como función trabajo

16 Descripción de su medición (ejemplo) Se elige el ánodo como la superficie metálica de la cual se van a desprender los electrones, los electrones tienen que vencer el campo eléctrico opuesto a su trayectoria para alcanzar el cátodo. Al llegar al ánodo, se mide la corriente eléctrica en el galvanómetro (G). Puede, desde luego, incrementarse la diferencia de potencial con la fuente de poder y registrar en el voltímetro (V) la diferencia de potencial que logra que no haya carga atravesando por el galvanómetro

17 En este punto La energía cinética máxima de los fotoelectrónes se convierte en energía potencial eléctrica Dj 0 = diferncia que anuló la corriente a través del galvanómetro Dj 0 = --mn 1 2 o 2

18 Albert Einstein entra en el Juego Explicación plausible: 1) La radiación electromagnética se comporta termodinámicamente como si consistiera en cuantos de energía de magnitud hn. 2) Un cuanto incide sobre cada uno de los electrones del metal, produce su salida de la atracción del sólido y le da una E. Cinética adicional

19 En ecuaciones e f =w + mn 2 2 p f = h l e f =hn w =hn 0 La energía cinética de los fotoelectrones es: mn 2 2 =hn - hn 0

20 Y nos vamos a relatividad Einstein propone que los fotones tienen cantidad de movimiento: p f = h l e f = hn = mc 2 hv = h = mc = p f c l

21 Problema Calcular la masa de un fotón de rayos X con una longitud de onda de 1 A

22 Problema Calcule al pérdida de energía cinética para producir un fotón de rayos X con l = 1x m.

23 Problema Calcule al pérdida de energía cinética para producir un fotón de rayos X con l = 1x m. DE = hn= hc = l DE = x J

24 Efecto Compton Dispersión de ondas electromagnéticas f Electrón en reposo

25 Implicaciones El fotón puede transmitir energía al electrón, lo que reduce su frecuencia menor cantidad de movimiento

26 Descubrimiento del núcleo atómico Becquerel : 1896 observa ennegrecimiento de placas fotográficas: B a g b a: Núcleos He g: Radiación Electrom. b: e - desc. núcleo

27 Atomo de Rutherford Experimento de Geiger y Marsden prueba la existencia del núcleo a Dispersiones de hasta 90 º, rebote de partículas

28 Modelo de Rutherford Existencia de un núcleo atómico, alrededor del cual se encuentran los electrones.