aguayo difraccion fisica 3 ing.indust. unp 2008

$: Aguayo Difraccion Fisica 3 Ing.indust. UNP 2008$
Ing. Paulino Aguayo Rojas

CLASE MAGISTRALCLASE MAGISTRALDEDE

FÍSICA IIIFÍSICA III


ÍndiceÍndiceNaturaleza de la luz

Interferencia de 2 fuentes – Experimento de Young

Difracción

Difracción a través de 1 rendija

Difracción a través de 1 rendija – videos

Difracción por una abertura circular

Difracción a través de 2 ranuras

Difracción a través de N ranuras

Rejillas y redes de difracción

Difracción de rayos X

Conclusión y resumen


Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz

¿Qué es la luz? ¿Onda o Partícula?

1678 1704 18641670 18881800 1905

Röemer Huygens Newtpn Young FresnelFraunhofer Maxwell Hertz Einstein

18151814

Medic. de

c

La luz es una onda

Formada por

partículas

Interferencia – Onda

longitud.

Difraccion -

Espectroscopia

Difraccion Luz Onda Transvers

al

La luz es una onda

electromagnetica

1ª- Trasmisión de ondas

EM.

Efecto fotoelectri

co – Dualidad onda -

partícula


2 Fenómenos Ondulatorios2 Fenómenos Ondulatorios

Interferencias: al combinarse 2 ondas hay máximos y mínimos

Difracción: debido a la existencia de varias fuentes (al pasar por rendijas por ejemplo)


Coherencia - MonocromaticidadCoherencia - Monocromaticidad

Fuente monocromática: es aquella que emite luz con una única frecuencia

Dos fuentes monocromáticas se dicen Coherentes cuando emiten luz con la misma frecuencia y longitud de onda. Deben tener una relación de fase definida y constante

Luz coherente

Luz no coherente


Experimento de YoungExperimento de Young

Interferencia de 2 fuentes


Experimento de Young 2Experimento de Young 2

La diferencia de caminos ópticos entre los rayos de las 2 fuentes causa un desfase formándose patrones de interferencia en la pantalla


Experimento de Young 3Experimento de Young 3


DifracciónDifracción

•Es una propiedad de las ondas

•Se observa cuando se distorsiona una onda por un objeto de dimensiones comparables a la longitud de la misma

•Las ondas se desvían o doblan a encontrar un obstáculo o un borde

•Es una interferencia causada por la combinación de multitud de ondas luminosas


Difracción vs óptica geométricaDifracción vs óptica geométrica

La óptica geométrica predice incorrectamente la sombra de una ranura horizontal estrecha


DifracciónDifracción de Fresnel y de Fraunhofer de Fresnel y de Fraunhofer

La difracción de la luz puede dividirse en 2 clases:

1. Difracción de campo lejano o de Fraunhofer

2. Difracción de campo cercano o de Fresnel


Difracción a través de 1 ranuraDifracción a través de 1 ranura

• Incidencia normal en una rendija plana y rectangular

• Aparece un gran máximo central en y = 0

• Máximos secundarios

• Y mínimos que los separan


Intensidad en el patrón de 1 ranuraIntensidad en el patrón de 1 ranura

2

0

0

)2/(

)2/(

)2/(

)2/(

senII

senEEP


Intensidad en el patrón de 1 ranuraIntensidad en el patrón de 1 ranura


Difracción – Ranura circularDifracción – Ranura circular

Microscopio Telescopio


DifracciónDifracción a través de 2 ranuras finitas a través de 2 ranuras finitas

Patrón de Intensidad debido a la difracción

Patrón de Intensidad debido a la interferencia

• Patrón de doble ranura calculado con d = 4a

• Se observa que el patrón de interferencias está modulado por el patrón de difracción y que falta cada 4º máximo de interferencia a los lados


DifracciónDifracción a través de N ranuras finitas a través de N ranuras finitas

En la difracción por ranuras múltiples: los

rayos provenientes de cada ranura llegan en fase y

forman un máximo muy marcado si la diferencia de

trayecto entre ranuras adyacentes es un número entero de longitudes de onda . Aquí se usa una lente para formar un

patrón de Fraunhofer en una pantalla cercana.



•Se suman los efectos de interferencia y difración

•En cada máximo de difracción hay máximos y mínimos de interferencias



Patrones de interferencia para N ranuras

a) N=2 : 1 mínimo entre los máximos adyacentes

b) N=8 : 7 mínimos c) N=16

La Intensidad máxima con N ranuras es N^2.Io


Rejillas y redes de difracciónRejillas y redes de difracción

Al aumentar N, manteniendo constante d, se obtienen patrones de interferencia donde los máximos ocupan las mismas posiciones que con 2 ranuras, pero son cada vez más marcados y angostos.

Por ser estos máximos tan marcados, se puede medir con una precisión muy grande su posición angular y por tanto su longitud de onda.

Esto tiene aplicaciones prácticas muy importantes.


Rejillas y redes de difracciónRejillas y redes de difracción


EspectrómetrosEspectrómetros


Difracción de rayos XDifracción de rayos X

• Descubiertos por Roetgen en 1895

•Ondas EM con nm

•En un sólido cristalino los átomos están separados con d0.1 nm. Pueden servir como redes de difracción (Von Laue, 1912)

Condición p/ Máximos de Bragg

ADN 1953


ConclusiónConclusión

•La difracción es una propiedad de las ondas y se produce cuando pasa luz a través de una abertura o alrededor de un borde

•La difracción es un factor limitante en la calidad de imágenes producidas por ocultamiento óptico

•La difracción limita el poder resolutivo de cualquier sistema óptico, incluyendo nuestros ojos

•El estudio y entendimiento de la difracción ha llevado al hombre a grandes descubrimientos, tales como el descubrimiento de la estructura del ADN humano, la difracción de partículas tales como los electrones, etc.

FIN


Christian HuygensChristian Huygens

1678

“La luz es un fenómeno ondulatorio que se transmite a través de un medio llamado Éter”

Principio de Huygens

“Todo punto de un frente de onda se puede considerar como la fuente de onditas secundarias que se extienden en todas direcciones con rapidez igual a la de propagación de la onda”


Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton

1704

“Las partículas de la luz viajan siempre en línea recta y no doblan en las esquinas…”

Isaac Newton en Opticks


Sir James C. MaxwellSir James C. Maxwell

1864

“Tenemos fuertes razones para concluir que la propia luz – incluyendo la radiación del calor y otras radiaciones, en su caso – es una perturbación electromagnética en forma de ondas propagadas a través del campo electromagnético de acuerdo a leyes electro-magnéticas …”

James C. Maxwell ante la Real Sociedad de Londres en su trabajo “Una teoría dinámica del campo electromagnético”


Las ecuaciones de MaxwellLas ecuaciones de Maxwell

dt

dldE

dt

dildB

AdB

QAdE

B

enc

EC

enc

.

.

0.

.

00

0


Consecuencias de las ecuaciones de MaxwellConsecuencias de las ecuaciones de Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell predicen la existencia de ondas electromagnéticas que se propagan en el vacío con la velocidad de la luz c.


Consecuencias de las ecuaciones de MaxwellConsecuencias de las ecuaciones de Maxwell

Las ondas electromagnéticas son transversales: los campos E y B son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.


Heinrich HertzHeinrich Hertz

En 1888 fue el primero en probar las hipótesis de Maxwell sobre la existencia de las ondas electromagnéticas, al lograr inducir una chispa en un receptor simple situado a unos metros de un oscilador tal como se muestra en la figura.

Durante sus experimentos, Hertz también descubrió el Efecto Fotoeléctrico, que sería explicado por Einstein en 1905, usando la nueva teoría de los cuantos de energía. Con esto se demostró que la luz a veces se comporta como una onda, y otras como partícula.


BibliografíaBibliografía

•Sears – Zemansky – Young – Freedman. Física Universitaria. Vol. 2. 11ª Edic. Pearson – Addison Wesley. México 2005.

•Luzón, Gloria. Interferencias. Bajado de la www, vía P2P con el programa Ares.

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