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

Clase 4:Radiación del cuerpo, efecto
fotoeléctrico y modelos atómicos
El experimento de Millikan
Determina la carga del electrón
1.602 x 10 -19 C
Atomizador
de gotas de
aceite
Fuente de Rayos X
(ioniza las gotas)
Lente para observar
Aplico voltaje
+
-
https://www.youtube.com/watch?v=ijHKu6iXi
Rk
Radiación: un problema sin resolver
• Un problema que no se puede explicar con la
mecánica Newtoniana
Al vacío
Cuerpo Negro
• Kirchhoff (1860) Energía absorbida y energía
emitida.
• Absorción al = 1 absorbe todo a cualquier l
Cuerpo Negro
Teorema de Kirchhoff
Solucion a la función
Stefan
s = 5.6728 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
Nuevo modelo de prueba
Un sólido con una cavidad: La probabilidad que la luz se refleje es muy baja
Densidad de energía (U)
• Relacionada con la potencia emisiva J
Velocidad de la luz
• Sustituyendo en Stefan-Boltzmann
Densidad de energía (U)
• Relacionada con la potencia emisiva J
Velocidad de la luz
• Sustituyendo en Stefan-Boltzmann
a = 7.569 x 10 -16 J m-3 K-4
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
Otra solución
• Rayleigh-Jeans
• Inaceptable porque u crecería sin limite para
las long. De onda pequeñas (catastrofe UV)
La final
• Planck
¿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.
El efecto fotoeléctrico
• Emisión de electrones
¿Cómo se puede lograrse?
-Calentando
-Un campo eléctrico suficientemente grande
-Una partícula
-Luz
e- e e e
Metal
• w es la energía “unión” metal-electrón.
• Para emitir e- necesita que Eabsorbida> w por lo
tanto se conoce como función trabajo
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
En este punto
La energía cinética máxima de los fotoelectrónes
se convierte en energía potencial eléctrica
Dj0 = diferncia que anuló la corriente a través del galvanómetro
1 2o
Dj0 = --mn
2
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
En ecuaciones…
ef =w + mn 2
pf = h
l
2
w =hn0
ef =hn
La energía cinética de los fotoelectrones es:
mn 2
2
=hn - hn0
Y nos vamos a relatividad…
• Einstein propone que los fotones tienen
cantidad de movimiento:
pf = h
l
ef = hn = mc2
hv = h = mc = pf
c l
Problema
• Calcular la masa de un fotón de rayos X con
una longitud de onda de 1 A
Problema
• Calcule al pérdida de energía cinética para
producir un fotón de rayos X con l = 1x 10 -11
m.
Problema
• Calcule al pérdida de energía cinética para
producir un fotón de rayos X con l = 1x 10 -11
m.
DE = hn= hc =
l
DE = 19.96 x 10-15 J
Efecto Compton
• Dispersión de ondas electromagnéticas
f
Electrón en reposo
Implicaciones
• El fotón puede transmitir energía al electrón,
lo que reduce su frecuencia menor
cantidad de movimiento
Descubrimiento del núcleo atómico
• Becquerel : 1896 observa ennegrecimiento de
placas fotográficas:
a: Núcleos He
B
a
g
b
g: Radiación
Electrom.
b: e- desc.
núcleo
Atomo de Rutherford
• Experimento de Geiger y Marsden prueba la
existencia del núcleo
a
Dispersiones de hasta 90 º, rebote de partículas
Modelo de Rutherford
• Existencia de un núcleo atómico, alrededor del
cual se encuentran los electrones.