11/02/2010

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Cuerpo Negro y Efecto

Fotoelctrico.

Universidad Autnoma de Mxico.

Facultad de Qumica.

2010.

Jorge Castro

Pilar Rius

Transferencia de Energa por medio de

la radiacin.

Existen 3 mecanismos de transferencia de

energa trmica: conduccin, conveccin y

radicacin.

La transferencia de energa trmica por

radiacin se le conoce como emisin y

absorcin de radiacin electromagntica.

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Cuerpo Negro.

En fsica un cuerpo negro es un objeto idealizado que

absorbe toda la energa electromagntica que cae en ella.

Kirchhhof estudi sistemas donde los cuerpos estuvieran

en equilibrio con la radiacin a cierta temperatura.

En 1860 demuestra el sig. Teorema:

Donde J es la potencia emisiva;

E es la energa radiante emitida por unidad de rea,

tiempo y unidad de intervalo de .

a es el coeficiente de absorcin.

= (,T)

Ley de Stefan-Boltzman

En 1879 Josef Stefan propone que la energa total irradiada

por cuerpos caliente es proporcional a la cuarta potencia de la

temperatura. Esta conjetura es demostrada cinco aos

despues por Ludwig Boltzman.

Jt :energa total irradiada por unidad de rea y tiempo.

: cte. De proporcionalidad =5.6728X10-8 Wm-2K-4.

: Emisividad, es igual a 1 para un cuerpo negro.

= 4

= 4

= (14 24)

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Aproximacin de un cuerpo negro

Una buena aproximacin a un cuerpo negro es una cavidad completamente cerrada excepto por una pequea abertura de rea conocida.

Para este cuerpo negro puede hablarse de energa radiante por unidad de volumen o densidad de energa U, la cual se puede conocer por medio de la potencia emisiva :

=4

=4

4 = 4

Donde : =4

= 7.5688 1016

=4

Soluciones parciales para el problema

del cuerpo negro.

En 1893 Wilhelm Wien

encuentra que U es una

funcin que tiene un valor max.

Para una longitud de onda

inversamente proporcional a la

temp.

Y en 1986 propone su modelo

para U

= 2.898 103

En 1900, Lord Rayleigh propone

el principio de equiparticin y

obtiene el sig. Modelo.

Aos despus Rayleigh

introduce una correccin a su

modelo

# =

$ = 1

5 1

%2

= & 4'

( =

&

41

%)

'

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Soluciones parciales para el problema

del cuerpo negro.

El modelo de Wien funciona

en entre 1 y 8m.

El modelo de Reyleigh

predice que conforme

disminuye la la U crecera

de manera infinita.

Teora Cuntica.

= *

=8+

4 = 8+

*4

4

= % *

= -

=

% ./ 1

=8+*4

4*

%*/. 1= 8+

*5

41

%*/. 1

= 6.6262 10341

. =(

23= 1.380066 1023/

3=3hE3

2=2hE2

1=1hE1

E0=0E0

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Efecto Fotoelctrico.

El Efecto Fotoelctrico (EF) fue descubierto por Heinrich Hertz

en 1887.

El EF es un proceso mediante el cual se emiten electrones en

la superficie de un metal al incidir luz sobre el mismo.

En 1902, Philipp Eduard Anton von Lenard observo que la

energa individual emitida por los electrones incrementaba

con la frecuencia. Lo que iba en contra de la teora clsica del

electromagnetismo que establece que la energa es una

funcin de la intensidad.

Fsica Clsica vs. Efecto Fotoelctrico

La emisin de electrones ocurre instantneamente despus de la

incidencia de la luz sobre el metal sin importar su intensidad.

La emisin de electrones slo ocurre cuando la frecuencia es mayor que

un limite 0. Independientemente de la intensidad.

Para cualquier Intensidad, la energa max. (Emax) de los electrones es una

funcin lineal del a . Y para diferentes metales la pendiente de la funcin

es la misma.

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Emisin fotoelctrica del Na.

Modelo del EF.

#4 = %(0) =1

2#-2

#4 = 1* 1*0

1* = #4 + 1*0

8 = 1*

1*0 = 9

8 = #4 + 1*0 = #4 + 9

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Modelo del EF.

= #2

8 =

#2 =

; = #- = #

;8 =*

=