Cuerpo Negro
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12/08/2012 1 Curso: Introducción a la Física Moderna Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Física y Matemáticas RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO Profesor: Héctor Javier Uriarte Rivera Contacto: Oficina de la Subdirección Académica Correo electrónico: [email protected] LA FÍSICA DEL COLOR ¿De qué color son las cosas? Color
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12/08/2012
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Curso:Introducción a
la Física Moderna
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Física y Matemáticas
RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
Profesor: Héctor Javier Uriarte RiveraContacto: Oficina de la Subdirección AcadémicaCorreo electrónico: [email protected]
LA FÍSICA DEL COLOR¿De qué color son las cosas?
Color
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Color
Color
La retina humana
La retina es un mosaico de dos tipos básicos de fotoreceptores: conos y bastones.Los conos se concentran en el área central de la retina, conocida como fovea. La concentración máxima de conos es de 180,000 por mm2 y decrece rapidamente fuera de ella a menos de 5,000 por mm2.
Bastones Conos
El ojo
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La respuesta del ojo al color
Los conos del ojo tienen tres receptores: uno para el rojo, uno para el verde y un tercero para el azul.
El ojo
El ojo es pobre para distinguir espectros
Debido a que el ojo percibe los colores intermedios, como el naranja y el amarillo, comparando las respuestas relativas de dos o más receptores diferentes, el ojo no puede distinguir espectros distintos. Los distintos espectros amarillos que aparecen abajo, dan el mismo color amarillo.
El ojo
SimulaciónFísica
del Color
Kirchhoff y la absorción de luz
Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887)
Kirchhoff
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1era Ley de Kirchhoff de la espectroscopía
• Un objeto sólido incandescente produce un espectro continuo
1859Kirchhoff
VideoEspectros de Emisión
2da Ley de Kirchhoff de la espectroscopía
• Un gas incandescente produce líneas espectrales definidas
1859Kirchhoff
VideoEspectros de Absorción
3era Ley de Kirchhoff de la espectroscopía
• Un sólido incandescente rodeado de un gas a menor temperatura produce un espectro casi continuo con huecos en ciertas frecuencias definidas
1859Kirchhoff
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Resumen de las leyes espectrocópicas de Kirchhoff
Kirchhoff
Energía radiante incidente sobre un elemento de superficie, cuyas frecuencias están entre v y v + dv
Energía absorbidaEnergía absorbida
Energía reflejadaEnergía reflejada
Energía transmitidaEnergía transmitida
Kirchhoff
Conservación de la energía
Definiciones básicas
Kirchhoff
Definiciones básicas
AbsorbanciaAbsorbancia
TransmitanciaTransmitancia
ReflectanciaReflectancia
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¿Qué es un cuerpo negro?
Cuerpo negro
¿Qué es un cuerpo negro?
100Cuerpo transparente perfecto
010Cuerpo espejo perfecto (blanco)
001Cuerpo absolutamente negro
Cuerpo negro
Modelando un cuerpo negro
Cuerpo negro
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La densidad de energía
Cuerpo negro
uv es una función universal de v y de T
Consideremos dos cavidades, con paredes de distinta naturaleza, y a una misma temperatura T
La ley de Radiación de Kirchhoff
Absorción Emisión
Cuerpo negro
La densidad de energía y la radiancia
Radiancia
Densidad espectral Radiancia espectralDensidad espectral de energía: Energía por unidad de volumen de ondas electromagnéticas de frecuencia v.
Radiancia espectral de energía: Potencia por unidad de área de ondas electromagnéticas de frecuencia v.
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Jožef Stefan (1835 – 1893) Ludwig Edward Boltzmann (1844 – 1906)
Stefan-Boltzmann
18841879
Ley deStefan-Boltzmann
Propagación de la luz
• Los fotones viajan en línea recta– La energía se reparte en áreas más
grandes a mayores distancias– La radiancia decrece como 1/r2
– El doble de la distancia la radiancia decrece 4 veces
Wilhelm Wien
(1864 – 1928)
Wien
Fórmula de Wien
1893
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Wilhelm Wien
(1864 – 1928)
Wien 1896
La aproximación de Wien
Wien
1894
La ley del desplazamiento de
Wien
VideoLey de Wien
SimulaciónLey de Wien
Aplicación
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Radiación
¿Los humanos radiamos?
John William Strutt
3er Baron de Rayleigh
(1842 – 1919)
1900
James Hopwood Jeans
(1877 – 1946)
Ley deRayleigh- Jeans
1905
Rayleigh-Jeans
Otto Lummer
(1860 – 1925)
Ferdinand Kurlbaum(1857 – 1927)
Ernst Pringsheim (1859 – 1917)
Heinrich Rubens
(1865- 1922)
Losexperimentales
A principios de febrero de 1899, publicaron los resultados de la distribución de frecuencias en la primera cavidad negra experimental. Las longitudes de onda estaban en el intervalo 0.7-6 mmExperimentos
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Planck Rubens
Wien
Jeans
Planck y Einstein
Planck y Einstein:
Los Revolucionarios del
Quantum de luz
Puedo decir, sin exagerar, que durante diez años ininterrumpidos nada me ha estimulado, agitado e intrigado tanto en la Física como estos cuantos de acción.Carta a Nernst (1910)
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La cavidad de Planck
1894-1900Cavidad
VideoRadiación de una carga
ArtículoLa ley de distribución
de la energíaMax Planck
Las hipótesis revolucionarias de Planck
1. Los osciladores sólo tienen ciertas energías discretas determinadas por
En = nhv,donde n es un entero, v es la frecuencia y h es la constante de Planck
h = 6.6261x10-34 J s2. Los osciladores pueden absorber o
emitir energía sólo en múltiplos del quantum fundamental de energía dado por
DE = hvPlanck
Max Planck y su constante
Max Karl Ernst Ludwing Planck (1858 – 1947)
Planck
h = 6.62 x 10-34 J s
ArtículoEl centenario de
Max Planck
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Pero aun admitiendo la validez absolutamente exacta de la fórmula de radiación, mientras siguiera teniendo el carácter de una ley descubierta por una intuición afortunada, no podía esperarse que su significado pasase a ser un significado formal.
Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858 – 1947)
Planck
1900
Planck
La distribución de Planck
Ley de radiación de Planck
En términos de la frecuencia
En términos de la
longitud de onda
ActividadPlanck
Aplicaciones
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Espectro solar
CBR
Robert Henry Dicke (1916 – 1997)
Arno Allan Penzias (1933 – )
Robert Woodrow Wilson (1936 – )
CBR
George F. Smoot (1945 – )
John C. Mather (1946 – )
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CBR
CBR
CBR
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