Post on 25-Jul-2015
guión
Espectros continuos
La materiaemite luz
La materiaabsorbe luz
La materiadispersa luz
Espectros de rayas
Espectros de rayas
Efecto fotoeléctrico
Efecto Compton
Inte
racc
ión
radi
ació
n-m
ater
ia
Espectros de emisión
1 0 40 0 40 0 40 0 1 0 40 0
T = 1000 K
T = 600 K
T = 200 K
Espectro de la radiaciónde un cuerpo negro
W
m3
W
m3
W
m3
longitud de onda longitud de onda
longitud de onda
2 2
Balmer (1886)
1 1 12
2HR nn
max
Wien 1893
T Cte
Sólidos o líquidos
Gases a baja presión
1 0 40 0 40 0 40 0 1 0 40 0
T = 1000 K
T = 600 K
T = 200 K
Espectro de la radiaciónde un cuerpo negro
W
m3
W
m3
W
m3
longitud de onda longitud de onda
longitud de onda
1 0 40 0 40 0 40 0 1 0 40 0
T = 1000 K
T = 600 K
T = 200 K
Espectro de la radiaciónde un cuerpo negro
W
m3
W
m3
W
m3
longitud de onda longitud de onda
longitud de onda
max
Wien 1893
T Cte
Curvas del cuerpo negro
-32.898 10 mK maxλ T = β
4-8 -2 -45,6728 10 W m KT0R λ dλ = σ TT
2
1λ c /λT5
c 1u =
λ e -1
2
ν λhν hc2 5kT kλT
8πν hν 8πhc 1u = × u = ×
c λe -1 e -1
1 0 40 0 40 0 40 0 1 0 40 0
T = 1000 K
T = 600 K
T = 200 K
Espectro de la radiaciónde un cuerpo negro
W
m3
W
m3
W
m3
longitud de onda longitud de onda
longitud de onda
Ley de Wien
Ley de Stephan-Boltzmann
Curva de Planck (1900)
E h
4W/m T
4u ( ) = R
c
Para la deducción termodinámica de lassiguientes ecuaciones teóricas es necesario suponer:
Leyes del espectro de
emisión
La constante de Planck
• Experimentalmente
h = 6.6260693(11) x 10-34 Julios x segundo
• Una nueva constante de la Naturaleza que, posteriormente, se encontró que caracteriza las fórmulas de la teoría cuántica.
• Aún así, su valor tan pequeño hace que los efectos cuánticos solo sean mesurables a escala atómica.
• Las fórmulas de la física clásica aparecen como el límite de las cuánticas cuando h tiende a cero.
Las teorías físicas
Física cuántica
Dinámica de Newton
Relatividad especial
Relatividad General
tamaño
velocidad
moléculas estrellas
c
c/10
?
quark
? ? ?
? ? ?
galaxia
Ejemplo PlanckPROBLEMA:
Calcula el intervalo de energías de los fotones correspondientes al espectro visible que comprende desde 400 (violeta) hasta 750 (rojo) nm. Expresa el resultado en eV. (1 Julio = 1.6 10-19 eV)
34 819
7
6.62 10 3 104,97 10 3,1
4 10
E hvhc
E J eVc vT
34 819
7
6.62 10 3 102,65 10 1,66
7.5 10
E hvhc
E J eVc vT
2 12 21 2
Rydberg (1890)
1 1 1HR n nn n
12 2
Balmer 1886
2
3,4,5...
1 1 1109300n
n
cm
Espectro de emisión del hidrógeno
órbitas electrónicas cuantizadas• Las órbitas tienen
radios fijos• en cada órbita
cabe un número dado de electrones
• cuando un electrón salta de una órbita a otra se emite o absorbe un fotón de luz.
• La energía del electrón en cada órbita vale
2 ;13,6
neVEn
Un “salto cuántico”
emisión:Ef = Ei - hn
absorción:Ef = Ei + hn
ener
gía 2
13,6eVEn
Diagramas de energía
2
2 2
2 2
2 2
13,6
13,6 13,6
1 113,6
1 1 1;
n
final nicial
f i
f i
H i ff i
eVE
nE E h
eV eVh
n n
hceV
n n
R n nn n
Explicación del espectro según Bohr
La materiaemite luz
Espectros continuos
Espectros de rayas
4
max
T T
T Cte
E h
2 21 2
2
1 1 1
13,6
H
n
Rn n
eVE
n
Wien
Planck
Balmer
Bohr
Sólidos y líquidosincandescentes
Gases enrarecidosy calientes
resumen emisión
S-B
Ejemplo BohrPROBLEMA:
Una línea de la serie de Balmer tiene una longitud de onda de 437 nm. Calcula el valor de n que corresponde a la transición electrónica que origina esa línea. Recuerda que la serie de Balmer se produce cuando el nivel de llegada de los electrones es el 2 y que la constante de Rydberg vale 109737 cm-1
12 2
17 2
1 1 1109737
2
1 1 1109737
437 10 4
5
cmn
cmcm n
n
El efecto fotoeléctrico
Predicciones del modelo ondulatorio (clásicas)
• A intensidades suficientemente altas el ritmo de emisión de electrones será proporcional a la intensidad de la luz
• A intensidades muy bajas debe haber un retraso entre la iluminación y la emisión de electrones (hasta varios segundos)
• La EC máxima de los electrones expulsados aumentará con la intensidad de la luz
Metal alcalinoen el cátodo
Si ν < νcorte (propia de cada metal) no se emite ningún electrón, independientemente de la intensidad
de la luz
Para Intensidad (I) y frecuencia de la luz fijas el nº de electrones emitidos es proporcional a I (como se predecía)
Por muy baja que sea la intensidad de la luz los electrones se emiten instantáneamente (retraso <10 -8 s)
Para ν cte. La ECmáx de los electrones es independiente de la intensidad de la luz e igual a -Vs
Resultados experimentales
Interpretación de Einstein (I)
Einstein en 1905 explica el efecto fotoeléctrico:
• Los electrones están ligados a los átomos en el metal
• Se necesita un mínimo de energía, (función trabajo W0, ) para sacar a los electrones del átomo
• Cuando un fotón choca con un átomo, puede ser absorbido. Si la energía E=hν del fotón es suficiente (mayor o igual que W0,) se rompe el enlace atómico y se libera el electrón
metale-
fotónelectrón
Energia cinética = (1/2)mv2
E=hn
Interpretación de Einstein (II)
20
1v
2y con c s
h h m
E eV
Energía fotón incidente
Energía cinética electrón arrancado
Frecuencia de corte“Trabajo de extracción”
Característico de cada metal
Potencial de corte
resumen absorción
La materiaabsorbe luz
Espectros de rayas
Efecto fotoeléctrico 20
1v
2h h m
2 21 2
1 1 1HR n n
Einstein
Bohr
Metales alcalinossometidos a luz
próxima al ultravioleta
Luz que atraviesagases enrarecidos
y calientes
Ejemplo fotoeléctricoPROBLEMA:
Cuando incide luz de λ = 625 nm sobre una superficie metálica se observa que se emiten electrones con velocidad máxima de 4.6 × 105 m/s. (a) ¿Cuál es la función trabajo de la superficie? (b) ¿Cuál es la frecuencia de corte?(c) ¿Cuál es el potencial de frenado?
22 31 5 20max
1 1v 9.11 10 4.6 10 9.6 10
2 2Ec m kg m s J
19140
34
2.2 103.3 10
6.63 10c
W JHz
h J s
190 max max 2.2 10
hcw h Ec Ec J
20
19
9,6 100,6
1,6 10s
Ec JV V
e C
Resumen leyesLa materiaemite luz
La materiaabsorbe luz
Espectros continuos
Espectros de rayas
Espectros de rayas
Efecto fotoeléctrico
4
max
T T
T Cte
E h
2 21 2
2
1 1 1
13,6
H
n
Rn n
eVE
n
20
1v
2h h m
2 21 2
1 1 1HR n n
Wien
Planck
Balmer
Bohr
Einstein
Bohr
S-B
La materia dispersa la luz:Efecto Compton
Conservación del momento lineal:
'eje x: 0 cos cos (2)
'eje y: 0= sin sin (3)
e
e
h hp
c ch
pc
2
2 2
Conservación de la energía
'
' (1)
eE mc E E
h mc h Ec mc
h h Ec
1 cosh
mc