viernes, 22 de octubre de 2010

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/Interferencias/Interfer_indice.htm

compañeros de ak es el ultimo practico de fisica.
Difraccion
gustavo perera

jueves, 21 de octubre de 2010

LEPTONES 2

http://www.youtube.com/watch?v=HBDgL-l_-r8

Hadrones

Un hadrón (del griego ἁδρός, hadrós, "denso") es una partícula subatómica que experimenta la interacción nuclear fuerte. Puede ser una partícula elemental o una partícula compuesta. Los neutrones y protones son ejemplos de hadrones.
Como todas las partículas subatómicas, los hadrones tienen números cuánticos correspondientes a las representaciones del grupo de Poincaré: JPC(m), donde J es el espín, P la paridad, C la paridad C, y m la masa. Además pueden llevar números cuánticos de sabor como el isoespín, extrañeza, etc.
Los hadrones se pueden subdividir en dos clases:
Bariones
Son fermiones y siempre llevan un número cuántico conservado llamado número bariónico (B) que es igual a 1 para los nucleones.
Mesones
Son bosones con B = 0.
La mayor parte de los hadrones pueden ser clasificados por el modelo de quarks, que postula que todos los números cuánticos de los bariones se derivan de aquellos de los quarks de valencia. Para un barión estos son tres quarks, y para un mesón estos son un par quark-antiquark.
Cada quark es entonces un fermión con B = 1/3. Los estados excitados bariónicos o mesónicos son conocidos como resonancias. Cada estado fundamental hadrónico puede tener muchos estados excitados, y cientos han sido observados en experimentos con partículas. Las resonancias decaen extremadamente rápido (aproximadamente en 10−24 s) por las interacciones fuertes.
Los mesones que se encuentran fuera de la clasificación según el modelo de quarks se denominan mesones exóticos. Estos incluyen glueballs (bolas de pegamento), mesones híbridos y tetraquarks. Los únicos bariones que están fuera del modelo de quarks a la fecha son los pentaquarks, pero la evidencia de su existencia es poco clara desde 2005.
Todos los hadrones son excitaciones de una partícula de la teoría básica de la interacción fuerte, llamada cromodinámica cuántica. Debido a una propiedad llamada confinamiento que esta teoría experimenta a energías por debajo de la escala QCD, estas excitaciones no son quarks y gluones, que son los campos básicos, sino los hadrones que son compuestos, y no llevan carga de color.
En otras fases de materia QCD los hadrones pueden desaparecer. Por ejemplo, a temperatura y presión muy altas, a menos que haya suficiente cantidad de sabores muy masivos de quarks, la teoría QCD predice que los quarks y gluones van a interactuar débilmente y ya no estarán confinados. Esta propiedad, que se conoce como libertad asintótica, ha sido experimentalmente confirmada a las escalas de energía de entre un GeV y un TeV. Pero esta teoría pronto se pondrá a prueba ya que el 10 de septiembre de 2008 se puso en funcionamiento un acelerador de partículas o hadrones (el LHC, gran colisionador de hadrones, por sus iniciales en inglés), que mide 27 km de circunferencia)

Camila Curbelo

Leptones

http://www.youtube.com/watch?v=NvexoH3xRTs

TABLA DE QUARK

Masas de los quarks:

Las masas de los quarks están indicadas como "masa aproximada". Es muy difícil determinar la masa, o incluso definir qué se entiende por masa de un quark, dado que un quark no se puede aislar.

Ésto es especialmente cierto para la generación más ligera (u y d), ya que la mayor parte de la masa de sus compuestos (como protones y neutrones) no proviene de la masa de los quarks, sino de la energía de confinamiento.

El Efecto Fotoeléctrico

Narciso Betancor

NTERACCIOES DE QUARK

Los quarks tienen carga eléctrica, por lo que sufren interacciones electromagnéticas.

Los quarks tienen carga de color, de modo que sufren las interacciones fuertes. Las interacciones fuertes causan que los quarks se combinen formando hadrones. Las interacciones fuertes residuales mantienen a los hadrones juntos, para formar núcleos.

Los diferentes tipos de quark (u, d, c, ...) se denominan sabores. El sabor sólo se altera por medio de interacciones debiles cargadas.

Por ejemplo:

Todos los quarks del lado izquierdo también aparecen del lado derecho .

Sin embargo, cuando un quark emite un bosón ( virtual) W⁺ o W^-, debe cambiar su carga eléctrica y, por lo tanto, su sabor. El proceso débil predominante es el que involucra transiciones entre quarks de la misma generación, pero también ocurren transiciones raras entre algún quark +2/3 y algún quark -1/3.

Dualidad onda partícula

Para explicar la radiación térmica Planck tuvo que suponer que la radiación (y la luz en general) tenía propiedades de partícula, por lo menos en ciertas circunstancias. Pero los físicos sabían bien que la luz se comportaba como una onda. ¿Qué era entonces la luz? ¿Onda o partícula?

¿No podría ser las dos cosas?

En la física de antes de la mecánica cuántica (llamada física clásica) ondas y partículas son cosas muy distintas. Vamos a ver por qué.

SUPERPOSICIÓN

UNAS OLAS QUE VIAJAN EN DIRECCIONES DISTINTAS SE ENCIMAN EN ESTA PLAYA. LAS ONDAS PUEDEN PASAR UNAS SOBRE OTRAS (SUPERPONERSE) SIN ALTERARSE.

INTERFERENCIA

ONDAS EN EL AGUA PRODUCIDAS
POR DOS FUENTES DISTINTAS. LAS ONDAS PASAN UNAS SOBRE OTRAS.
EN LAS REGIONES DONDE SE CRUZAN, PUEDEN SUMARSE O RESTARSE. SI EN UN PUNTO COINCIDEN LA CRESTA DE UNA ONDA CON EL VALLE DE OTRA, EL RESULTADO ES QUE SE ANULAN.

OBSERVA EN ESTA FOTO LAS REGIONES DONDE NO SE VEN ONDAS (FORMAN UNAS ESPECIES DE RAYOS QUE SALEN DE LAS FUENTES). DOS ONDAS ENCIMADAS PUEDEN DAR POR RESULTADO CERO ONDAS.

DIFRACCIÓN

LAS ONDAS QUE PASAN POR EL CANAL HACIA LA LAGUNA SE ABREN EN ABANICO AL SALIR DEL OTRO LADO. LAS ONDAS PUEDEN RODEAR OBSTÁCULOS Y DEFORMARSE AL CRUZAR LA PARED.

¿QUÉ PASARÁ CUANDO EL TACO GOLPEE LA BOLA?

LAS PARTÍCULAS, COMO ESTAS BOLAS DE BILLAR, NO SE PUEDEN SUPERPONER NI PASAR UNAS A TRAVÉS DE OTRAS COMO LAS ONDAS

LAS PARTÍCULAS, COMO ESTAS CANICAS, SÓLO SE SUMAN, PERO NO SE PUEDEN ANULAR COMO LAS ONDAS. NUNCA SUCEDE QUE AÑADIENDO CANICAS SE OBTENGA CERO CANICAS.

CUANDO SE ENCUENTRAN, LAS PARTÍCULAS REBOTAN Y SE DESVÍAN, PERO NO RODEAN EL OBSTÁCULO NI SE DEFORMAN COMO LAS ONDAS AL DIFRACTARSE.

Las ondas y las partículas no se parecen nadita.

Sin embargo, Planck y Einstein descubrieron que la luz se comporta como onda en ciertas circunstancias y como partícula en otras. En 1924 Louis de Broglie, un físico que además era príncipe, hizo una interesante sugerencia en su tesis doctoral. Si las ondas podían comportarse como partículas, ¿no podrían también las partículas comportarse como ondas? Para probarlo propuso un experimento: usar partículas llamadas electrones y ver si podían superponerse y difractarse como las ondas.

EXPERIMENTO DE BROGLIE.

USANDO ELECTRONES EN VEZ DE ONDAS SE OBTIENE UN PATRÓN CARACTERÍSTICO DE LA DIFRACCIÓN. ESTOS BONITOS ANILLOS MUESTRAN QUE LOS ELECTRONES-PARTÍCULAS- SE PUEDEN DIFRACTAR COMO LAS ONDAS.

Una idea central importantísima de la mecánica cuántica es que ondas y partículas no son opuestos, sino las dos caras de una realidad más compleja. ¿Cómo puede algo ser a la vez onda y partícula? Nadie sabe por qué ocurre. Sólo sabemos que ocurre. No te preocupes si te parece difícil de entender: los físicos tampoco lo entienden bien. La naturaleza cuántica de las cosas es muy extraña.

La cuantización de la energía

Introducción
La experiencia que realizaron Frank y Hertz en 1914 es uno de los experimentos claves que ayudaron a establecer la teoría atómica moderna. Nos muestra que los átomos absorben energía en pequeñas porciones o cuantos de energía, confirmando los postulados de Bohr. Mediante una simulación se tratará de explicar las características esenciales de este sencillo experimento, observando el movimiento de los electrones y sus choques con los átomos de mercurio, e investigando el comportamiento de la corriente I_c con la diferencia de potencial U que se establece entre el cátodo y la rejilla.

Descripción
En la figura se muestra un esquema del tubo que contiene vapor de mercurio a baja presión con el que se realiza el experimento. El cátodo caliente emite electrones con una energía cinética casi nula. Ganan energía cinética debido a la diferencia de potencial existente entre el cátodo y la rejilla, véase el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico.
Durante el viaje chocan con los átomos de vapor de mercurio y pueden perder energía. Los electrones que alcanzan la rejilla con una energía cinética de 1.5 eV o más alcanzarán el ánodo y darán lugar a una corriente I_c. Los electrones que tengan una energía menor que 1.5 eV en la rejilla no podrán alcanzar el ánodo y regresarán a la rejilla. Estos electrones no están incluidos en la corriente I_c.
La corriente I_c presenta varios picos espaciados aproximadamente 4.9 eV. El primer valle, corresponde a los electrones que han perdido toda su energía cinética después de una colisión inelástica con un átomo de mercurio. El segundo valle, corresponde a electrones que han experimentado dos colisiones inelásticas con dos átomos de mercurio, y así sucesivamente.
Cuando un electrón experimenta una colisión inelástica con un átomo de mercurio lo deja en un estado excitado, volviendo al estado normal emitiendo un fotón de 2536 A de longitud de onda, que corresponde a una energía E=hu=hc/l de aproximadamente 4.9 eV. Esta radiación se puede observar durante el paso del haz de electrones a través del vapor de mercurio. En nuestra simulación aproximaremos el valor de esta energía a 5 eV.
La energía del fotón hu=E₂-E₁ es igual a la diferencia entre dos niveles de energía E₂ y E₁ del átomo de mercurio. Esta energía es la que pierde el electrón en su choque inelástico con el átomo de mercurio.
En la simulación, empleamos un número limitado de átomos de Hg y de electrones, en el experimento real el número de átomos y electrones es muy grande, esto hace que para las diferencias de potencial (ddp) para las cuales la corriente presenta un mínimo se produzcan ciertas variaciones en el valor medido de la corriente para la misma ddp.
A CONTINUACION VOY A DEJAR UN LINK PARA PODER REALIZAR UNAS ACTIVIDADES EN DICHA PAGINA YA QUE LOS DATOS Y RESULTADOS TIENEN QUE SER ONLINE. PRESIONA EN EL ENLACE PARA ACCEDER A ELLOS:
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm
PARA UTILIZAR ESTAS REPRESENTACIONES ES NECESARIO LEER LAS ACTIVIDADES Y PARA DIBUJAR LAS GRAFICAS DEBEN LEER UN TITULO QUE DICE RESULTADOS.
LUCAS MENDIETA 3° B.D Ciencias Biológicas.

Imagen de Efecto Compton:

El efecto Compton:

Cuando se analiza la radiación electromagnética que ha pasado por una región en la que hay electrones libres, se observa que además de la radiación incidente, hay otra de frecuencia menor. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende de la dirección de la dispersión.

Sea l la longitud de onda de la radiación incidente, y l’ la longitud de onda de la radiación dispersada. Compton encontró que la diferencia entre ambas longitudes de onda estaba determinada únicamente por el ángulo q de dispersión, del siguiente modo

donde l_c es una constante que vale 2.4262 10^-12 m

Se explica el efecto Compton en términos de la interacción de la radiación electromagnética con electrones libres, que suponemos inicialmente en reposo en el sistema de referencia del observador.

Fundamentos físicos

En el efecto fotoeléctrico solamente hemos considerado que el fotón tiene una energía E=hf . Ahora bien, un fotón también tiene un momento lineal p=E/c.

Esta relación no es nueva, sino que surge al plantear las ecuaciones que describen las ondas electromagnéticas. La radiación electromagnética tiene momento y energía. Cuando analicemos cualquier proceso en el que la radiación electromagnética interactúa con las partículas cargadas debemos de aplicar las leyes de conservación de la energía y del momento lineal.

En el caso del efecto fotoeléctrico, no se aplicó la ley de conservación del momento lineal por que el electrón estaba ligado a un átomo, a una molécula o a un sólido, la energía y el momento absorbidos están compartidos por el electrón y el átomo, la molécula o el sólido con los que está ligado.

Vamos a obtener la fórmula del efecto Compton a partir del estudio de un choque elástico entre un fotón y un electrón inicialmente en reposo.

Principio de conservación del momento lineal

Sea p el momento lineal del fotón incidente,
Sea p' el momento lineal del fotón difundido,
Sea p_e es el momento lineal del electrón después del choque, se verificará que

p=p'+p_e (1)

Principio de conservación de la energía

La energía del fotón incidente es E=hf .
La energía del fotón dispersado es E’=hf ’ .
La energía cinética del electrón después del choque no la podemos escribir como m_ev²/2 ya que el electrón de retroceso alcanza velocidades cercanas a la de la luz, tenemos que reemplazarla por la fórmula relativista equivalente

donde m_e es la masa en reposo del electrón 9.1·10^-31 kg

El principio de conservación de la energía se escribe

(2)

Resolviendo el sistema de ecuaciones (1) y (2) llegamos a la siguiente expresión

Teniendo en cuanta la relación entre frecuencia y longitud de onda se convierte en la expresión equivalente

Hemos obtenido el valor de la constante de proporcionalidad l_c a partir de las constantes fundamentales h, m_e y c.

Llegamos entonces a la conclusión de que podemos explicar la dispersión de la radiación electromagnética por los electrones libres como una colisión elástica entre un fotón y un electrón en reposo en el sistema de referencia del observador. A partir de las ecuaciones de conservación del momento lineal y de la energía, llegamos a la ecuación que nos relaciona la longitud de onda de la radiación incidente l con la longitud de onda de la radiación dispersada l’ y con el ángulo de dispersión q .

Actividades

En la experiencia real, el detector es un cristal de INa, la fuente de rayos gamma está producida por el isótopo Cs-137, que tiene un pico muy agudo centrado en 661.6 keV, o en la longitud de onda 1.878 10^-12 m, (0.01878 A). Los electrones libres los proporciona un trozo de metal que puede ser una varilla de hierro.

Midiendo la diferencia de longitudes de onda entre la radiación dispersada y la radiación incidente se pide calcular la constante l_C. A partir del valor de esta constante, y conocida los valores de las constantes fundamentales, velocidad de la luz c=3·10⁸ m/s y la masa del electrón m_e=9.1·10^-31 kg, se pide calcular el valor de la constante h de Planck, comprobando que está cerca del valor 6.63·10^-34 Js.

Se pulsa el botón titulado Nuevo

Se cambia el ángulo q del detector actuando con el ratón,

Se mide la longitud de onda de la radiación dispersada.

Ejemplo:

La longitud de onda de la radiación dispersada para el ángulo 60º es l^'=0.03091 A. Calcular la constante l_C y a continuación, la constante h de Planck.

0.03091-0.01878=l_C(1-cos60)
l_C=0.02426 A=2.426·10^-12 m

En la parte inferior izquierda del applet, se representa la intensidad de la radiación gamma que registra el detector en función de la longitud de onda. En el programa interactivo, la fuente de rayos gamma emite ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda están centradas en 0.01878 A. La forma del pico se ha representado mediante la gaussiana

centrada en dicha longitud de onda a, y cuyo valor sigma s se ha ajustado para dar la apariencia de un pico agudo (en color azul). La radiación registrada por el detector se ha representado por medio de otra gaussiana (en color rojo) centrada en la longitud de onda dispersada cuyo valor de sigma s va creciendo con el ángulo de dispersión.

En la parte superior derecha del applet, se muestran los valores numéricos de las longitudes de onda en angstrong (10^-10 m) de la radiación incidente y dispersada.

En la parte derecha del applet, podemos ver de forma animada el choque elástico entre un fotón y un electrón en reposo. Podemos apreciar gráficamente cómo cambia la longitud de onda de la radiación dispersada a medida que aumenta el ángulo de dispersión.

Podemos ver también que el electrón retrocede adquiriendo un momento lineal p_e y formando un ángulo que se puede calcular a partir de las ecuaciones de conservación del momento lineal (1) y de la energía (2). Para calcular la velocidad v del electrón, necesitamos la expresión relativista del momento linea

El efecto Fotoelectrico

Este efecto, se trata de otro fenómeno que, al igual que la radiación de cuerpo negro, también involucra la interacción entre la radiación y la materia. Pero esta vez se trata de absorción de radiación de metales

Heinrich Hertz (1857-1894), científico alemán, fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico, en 1887, mientras trabajaba en la generación de ondas de radio. Informó esta observación pero no se dedicó a explicarla

Al incidir luz ultravioleta sobre el cátodo metálico (fotocátodo) se detecta el paso de una corriente eléctrica. Se trata de electrones que abandonan el cátodo (colector) y se dirigen al ánodo a través del vacío dentro del tubo. Los electrodos se hallan conectados a una diferencia de potencial de sólo unos pocos voltios.

La teoría electromagnética clásica considera que la radiación de mayor intensidad (o brillo, si es visible), que corresponde a ondas de mayor amplitud, transporta mayor energía. Esta energía se halla distribuida uniformemente a lo largo del frente de onda. La intensidad es igual a la energía que incide, cada unidad de tiempo, en una unidad de superficie.

Con radiación ultravioleta de diferentes intensidades, los electrones salen del metal con la misma velocidad. La radiación más intensa arranca mayor número de electrones. Esta observación también resultaba inexplicable.

Con luz ultravioleta, aun de baja intensidad, los electrones son arrancados prácticamente en forma instantánea, aunque la Física clásica predecía un tiempo de retardo hasta que los átomos absorbieran la energía necesaria para expulsar el electrón. Con luz visible este fenómeno no se observa, aunque se aumente la intensidad de la luz y se ilumine durante mucho tiempo, como para que el átomo absorba bastante energía. Esta observación resultaba inexplicable.

EXPLICACION FISICA DEL FENOMENO

Planck había llegado a la conclusión de que el traspaso de energía entre la materia y la radiación en el cuerpo negro ocurría a través de paquetes de energía. Sin embargo, no quiso admitir que la energía radiante una vez desprendida de la materia también viajaba en forma corpuscular. Es decir que siguió considerando a la radiación que se propaga como una onda clásica.

En 1905, Albert Einstein fue un paso más allá al explicar completamente las características del efecto fotoeléctrico. Para ello retomó la idea del cuanto de energía de Planck, postulando que:

La radiación electromagnética está compuesta por paquetes de energía o fotones. Cada fotón transporta una energía

E= v . h , donde v es la frecuencia de la radiación y h es la constante de Planck.

Cuando un fotón incide sobre el metal, transfiere toda su energía a alguno de los electrones. Si esta energía es suficiente para romper la ligadura del electrón con el metal, entonces el electrón se desprende. Si el fotón transporta más energía de la necesaria, este exceso se transforma en energía cinética del electrón:

Expresado en fórmula matematica es: Ecinética = h . v - Eextracción

donde Eextracción es la energía necesaria para vencer la unión con el metal.

Esta teoría explica perfectamente los hechos observados:

1. Si la frecuencia de la radiación es baja (como en la luz visible), los fotones no acarrean la suficiente energía como para arrancar electrones, aunque se aumente la intensidad de la luz o el tiempo durante el cual incide.

Para cada tipo de material existe una frecuencia mínima por debajo de la cual no se produce el efecto fotoeléctrico.

2. Si la frecuencia de la radiación es suficiente para que se produzca el efecto fotoeléctrico, un crecimiento de la intensidad hace que sea mayor el número de electrones arrancados (por ende será mayor la corriente), pero no afecta la velocidad de los electrones.

Aumentar la intensidad de la luz equivale a incrementar el número de fotones, pero sin aumentar la energía que transporta cada uno.

3. Según la teoría clásica, habría un tiempo de retardo entre la llegada de la radiación y la emisión del primer electrón. Ya que la energía se distribuye uniformemente sobre el frente de la onda incidente, ésta tardaría al menos algunos cientos de segundos en transferir la energía necesaria. La teoría de Einstein, en cambio, predice que:

Una radiación de frecuencia adecuada, aunque de intensidad sumamente baja, produce emisión de electrones en forma instantánea.

Pasaron diez años de experimentación hasta que la nueva teoría fue corroborada y aceptada. Se determinó el valor de h a partir de experiencias de efecto fotoeléctrico y se encontró que concordaba perfectamente con el valor hallado por Planck a partir del espectro de radiación de cuerpo negro.

Desde ese momento los físicos aceptaron que, si bien la luz se propaga como si fuera una onda, al interactuar con la materia (en los procesos de absorción y emisión) se comporta como un haz de partículas. Esta sorprendente conducta es lo que se ha llamado la naturaleza dual de la luz. Esto muestra que las ideas surgidas del mundo macroscópico no son aplicables al inimaginable mundo de lo diminuto.

Narciso Betancor

Cuerpo negro

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda laenergía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negrofue introducido por Gustav Kirchhoff en1862. La luz emitida por un c

uerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.

Todo cuerpo emite energía en forma deondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Lo

s cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que sig

uen la ley de Planck.

A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brilla

nte. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son bueno

s absorbentes y el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energía.

Ley de Planck (Modelo cuántico)

La intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro, con una temperatura $T \,$ en la frecuencia $\nu \,$ , viene dada por la ley de Planck:

$I(\nu,T) = \frac{2h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{\exp({h\nu}/kT)-1}$ o su expresión equivalente

$I(\nu,T)\cdot\delta\nu = \frac{2h\nu^{3}}{c^2}\cdot\frac{1}{e^{(h\nu/kT)}-1} \cdot \delta\nu$

donde $I(\nu,T)\cdot\delta\nu \,$ es la cantidad de energía por unidad de área, unidad de tiempo y unidad deángulo sólido emitida en el rango de frecuencias entre $\nu \,$ y $\nu + \delta \nu \,$ ; $h \,$ es una constante que se conoce como constante de Planck; $c \,$ es la velocidad de la luz; y $k \,$ es la constante de Boltzma

nn.

Se llama Poder emisivo de un cuerpo $E(\nu, T) \,$ a la cantidad de energía radiante emitida por la unidad de superficie y tiempo entre las frecuencias $\nu \,$ y $\nu + \delta \nu \,$ .

$E(\nu,T)=\pi \cdot I(\nu,T) = \frac{8\pi h\nu^{3}}{c^3}\frac{1}{\exp({h\nu}/kT)-1}$

La longitud de onda en la que se produce el máximo de emisión viene dada por la ley de Wien; por lo tanto, a medida que la temperatura aumenta, el brillo de un cuerpo va sumando longitudes de onda, cada vez más pequeñas, y pasa del rojo al blanco según va sumando las radiaciones desde el amarillo hasta el violeta. La potencia emitida por unidad de área viene dada por la ley de Stefan-Boltzmann.

Ley de Rayleigh-Jeans (Modelo Clásico)

Antes de Planck, la Ley de Rayleigh-Jeans modelizaba el comportamiento del cuerpo negro utilizando el modelo clásico. De esta forma, el modelo que define la radiación del cuerpo negro a una longitud de onda concreta:

$B_\lambda(T) = \frac{2 c k T}{\lambda^4}$

donde c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.

Esta ley predice una producción de energía infinita a longitudes de onda muy pequeñas. Esta situación que no se corrobora experimentalmente es conocida como la catástrofe ultravioleta.

Aproximaciones de cuerpo negro

El cuerpo negro es un objeto teórico o ideal, pero se puede aproximar de varias formas:

Cavidad aislada

Es posible estudiar objetos en el laboratorio con comportamiento muy cercano al del cuerpo negro. Para ello se estudia la radiación proveniente de un agujero pequeño en una cámara aislada. La cámara absorbe muy poca energía del exterior, ya que ésta solo puede incidir por el reducido agujero. Sin embargo, la cavidad irradia energía como un cuerpo negro. La luz emitida depende de la temperatura del interior de la cavidad, produciendo el espectro de emisión de un cuerpo negro. El sistema funciona de la siguiente manera:

La luz que entra por el orificio incide sobre la pared más alejada, donde parte de ella es absorbida y otra reflejada en un ángulo aleatorio y vuelve a incidir sobre otra parte de la pared. En ella, parte vuelve a ser absorbido y otra parte reflejada, y en cada reflexión una parte de la luz es absorbida por las paredes de la cavidad. Después de muchas reflexiones, toda la energía incidente ha sido absorbida.

Aleaciones y nanotubos

Según el Libro Guinness de los Récords, la sustancia que menos refleja la luz (en otras palabras, la sustancia más negra) es una aleación de fósforo y níquel, con fórmula química NiP. Esta sustancia fue producida, en principio, por investigadores indios y estadounidenses en 1980, pero perfeccionada (fabricada más oscura) por Anritsu (Japón) en 1990. Esta sustancia refleja tan sólo el 0,16 % de la luz visible; es decir, 25 veces menos que la pintura negra convencional.

En el año 2008 fue publicado en la revista científica Nanoletters un artículo con resultados experimentales acerca de un material creado con nanotubos de carbono que es el más absorbente creado por el hombre, con una reflectancia de 0,045 %

Cuerpos reales y aproximación de cuerpo gris

Los objetos reales nunca se comportan como cuerpos negros ideales. En su lugar, la radiación emitida a una frecuencia dada es una fracción de la emisión ideal. La emisividad de un material especifica cuál es la fracción de radiación de cuerpo negro que es capaz de emitir el cuerpo real. La emisividad depende de la longitud de onda de la radiciación, la temperatura de la superficie, acabado de la superficie (pulida, oxidada, limpia, sucia, nueva, intemperizada, etc.) y ángulo de emisión.

En algunos casos resulta conveniente suponer que existe un valor de emisividad constante para todas las longitudes de onda, siempre menor que 1 (que es la emisividad de un cuerpo negro). Esta aproximación se denomina aproximación de cuerpo gris. La Ley de Kirchhoff indica que en equilibrio termodinámico, la emisividad es igual a la absortividad, de manera que este objeto, que no es capaz de absorber toda la radiación incidente, también emite menos energía que un cuerpo negro ideal.

Aplicaciones astronómicas

En astronomía, las estrellas se estudian en muchas ocasiones como cuerpos negros, aunque esta es una aproximación muy mala para el estudio de sus fotosferas. La radiación cósmica de fondo de microondas proveniente del Big Bang se comporta como un cuerpo negro casi ideal. La radiación de Hawking es la radiación de cuerpo negro emitida por agujeros negros.

Ana Clara Sabbatella 6to agronomia

Fisica 2010...