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La naturaleza de la luz. Dualidad onda corpúsculo de la materia

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Introducción histórica. El cuerpo negro. El efecto fotoeléctrico. Descripción del problema. Solución. Efecto Compton. Naturaleza ondulatoria de la materia. Resumen: Dualidad onda-corpúsculo de la luz y la materia.

Agregado: 22 de JULIO de 2003 (Por Michel Mosse) | Palabras: 2586 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografías > Física >
Material educativo de Alipso relacionado con naturaleza luz Dualidad onda corpusculo materia
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    La naturaleza de la luz. Dualidad onda corpúsculo de la materia

    Introducción histórica

    Históricamente la luz ha sido siempre un ente escurridizo al que los físicos han querido asignar una naturaleza determinada, sin conseguirlo. Newton, a finales del siglo XVII, sostuvo que la luz estaba compuesta por partículas, diferentes según el color, y que ``rebotaban'' en un espejo logrando así explicar porqué los ángulos de incidencia y reflexión eran los mismos. Parece ser que la propagación rectilínea de la luz tuvo mucho que ver con esta posición. Además lograba explicar la refracción sobre la superficie de dos medios diferentes usando también una teoría corpuscular. Huygens, contemporáneo de Newton, hablaba de ondas luminosas, y mediante el principio de Huygens, visto en explicaba también la refracción y reflexión. Según Newton la luz debía ir más rápida en un medio más denso. Según Huygens el fenómeno era al revés, pero no obstante en aquella época aún no se podía medir la velocidad de la luz de manera fiable, y no se levó a cabo ningún experimento para descubrir quien tenía razón; fue la eminencia de Newton lo que decantó la balanza hacia el lado corpuscular de la luz durante esa época, y esta inercia hizo que, pese a los continuos debates y polémicas, fuera la naturaleza corpuscular de la luz la dominante durante el siglo siguiente al de Newton.

    A principios del siglo XIX empezó a formarse un sistema consecuente y desarrollado de la luz vista desde un punto ondulatorio. Fueron de gran importancia las aportaciones de Joung y Fresnel. El descubrimiento de muchos fenómenos de difracción e interferencia relacionados con la luz y la posterior explicación del fenómeno ondulatorio de la luz como una onda electromágnetica por parte de Maxwell pareció dejar sentada definitivamente la teoría ondulatoria sobre la luz a finales del siglo XIX.

    Pero no obstante a finales del siglo XX surge uno de los fenómenos más complejos y enrevesados estudiados entonces: la radiación del cuerpo negro: un sistema ideal que absorbe toda la radiación que incide sobre él y que, en buena aproximación, puede tomarse como un cuerpo con una cavidad que comunica con el exterior con un pequeño orificio, y cuyas características radiativas cumplen la propiedad de depender sólo de la temperatura de sus paredes.

    Fue este hecho el que jugó un papel primordial en la historia de la física moderna y que obligó a Planck (a disgusto, según cuenta la historia) en 1.900 a introducir uno de los fenómenos más sorprendentes de la física: la cuantización de la energía y, en concreto, de la luz.


    El cuerpo negro

    Un esquema de la cavidad que puede aproximarse a un cuerpo negro ideal se encuentra en la figura. Estos cuerpos al irse calentando van encontrando un equilibrio de radiación en el cual, a mayor temperatura, el cuerpo emite a su vez más radiación. Además al irse calentando el cuerpo aumenta la cantidad de energía radiada (de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzmann) y la concentración de la energía se desplaza hacia longitudes de ondas más cortas. Precisamente a una representación de la potencia radiada frente a la longitud de onda se le puede denominar distribución de la radiación o distribución espectral.

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    Figura 18.1: Dibujo de un ``cuerpo negro''.

    Una gráfica de la distribución espectral de la radiación de un cuerpo negro puede verse en la figura. Este resultado experimental se intentó explicar de una forma directa a partir de la termodinámica clásica, y el resultado obtenido, que también está representado en la figura, claramente no coincidía con el resultado ``verdadero'', que es siempre el que marca la experiencia de laboratorio.





     
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