informe-7-difracciÓn

PRESENTACIN DE INFORMES CORRESPONDIENTES A LABORATORIOS DE EL FENMENO DE LA DIFRACCIN (REJILLA), RADIACIN TRMICA Y EFECTO FOTOELECTRICOSESIN II

Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO JONATHAN FERNNDO GONZALEZ CHAPARROEstudiante

Presentado a:MIGUEL NGEL ALVAREZ CASTRO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA AMBIENTALTUNJA 2015


Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO Cd. 201414271JONATHAN FERNANDO GONZALEZ CHAPARRO Cd. 2014Estudiantes

Informes de Fsica



PRACTICA N 7COMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA LUZFENMENO DE LA DIFRACCIN

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL:

Determinar el comportamiento de la difraccin de las ondas, especialmente la luz.

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS: Comprender el comportamiento de la luz cuando atraviesa rejillas de diferente espesor. Calcular cual es el valor del espesor del cabello humano mediante el fenmeno de la difraccin. Profundizar en el comportamiento de la luz profundizando de temas como la longitud de onda (lser), patrones de difraccin.

2. MARCO TERICO

En general la difraccin ocurre cuando las ondas pasan a travs de pequeas aberturas, alrededor de obstculos o por bordes afilados. Cuando un objeto opaco se encuentra entre la fuente puntual de luz y una pantalla como se muestra en la imagen superior, la frontera entre las regiones sombreadas e iluminada sobre la pantalla no est definida. Una inspeccin cuidadosa de la frotera muestra que una pequea cantidad de luz se desva hacia la regin sombreada. La regin fuera de la sombra contiene bandas alteradas brillantes y oscuras, donde la intensidad de la primera banda es ms brillante que la regin de iluminacin uniforme.

Fenmeno de la difraccin en una rejillaExtrado de : https://es.wikipedia.org/wiki/Difracci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)

EN ITALIAposiblemente mientras Newton desarrollaba su famosaptica o Tratado de la reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz un jesuita italiano, Francesco Grimaldi (1618-1663), fsico y astrnomo, quien en 1651 dio los nombres que hasta ahora conservan los accidentes del lado visible de la Luna, descubra un importante fenmeno ptico llamado por l mismodifraccin de la luz.Este fenmeno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una fraccin interponiendo un cuerpo opaco y esto es lo que da origen a su nombre: divisin en fracciones.La difraccin se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una lmina opaca; o bien, una ranura formada por los filos de dos hojas de afeitar pegadas con durex sobre una ranura ms ancha recortada en una tira de cartoncillo (Figura 16). Mirando solamente por este ojo una luz distante, por ejemplo la flama de una vela colocada a unos metros de distancia, esperaramos percibir la imagen de la flama como en la figura 17(a); sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, se perciben varias imgenes como en la figura 17(b). Esto, desde luego, tampoco es lo que esperaramos de acuerdo con la ptica geomtrica. La figura 18(a) muestra las regiones geomtricas de iluminacin y de sombra producidas por una ranura. Si colocramos el ojo justo en el origen de estas regiones los rayos de la regin de iluminacin pasaran al interior del ojo y formaran una imagen, y slo una, de la flama de la vela; esto es lo que vemos por una ranura ancha (Figura 17(a)). Las imgenes mltiples que se observan con la ranura delgada indican que, al pasar por la ranura, la luz forma varias regiones de iluminacin a ambos lados de una regin central iluminada que corresponde, ms o menos, a la regin geomtrica de iluminacin. El ojo forma imgenes con los rayos que recibe de cada una de estas regiones y las percibe como en la figura 17(b).

Figura 16(a). Una ranura delgada para observar el fenmeno de la difraccin de la luz construida fijando con durex dos hojas de afeitar, filo a filo, sobre una ranura ms ancha recortada en una tira de cartoncillo. Antes de fijar las hojas con durex los filos se mantienen separados por el espesor de una tira de papel. (b) La ranura de difraccin terminada.

Figura 17. La imagen de la flama de una vela segn la percibe el ojo. (a) A travs de una ranura ancha; (b) A travs de una ranura delgada; de difraccin.

Figura 18. Las zonas de iluminacin y de sombra producidas por una ranura delgada. (a) Segn la ptica geomtrica. (b) Segn se observa en una ranura de difraccin.

3. MTODO EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y EQUIPOS

Para la realizacin ptima del comportamiento de la luz, en este caso, el fenmeno de la difraccin, se necesit de varios implementos de laboratorio como rejillas, un lser, un proyector, un metro entre otros.

Rejillas de diferente grosor

Montaje donde se proyecta el lser

3.2. PROCEDIMIENTO

Se conect primeramente el montaje ya que ste permita e incida un haz de luz de lser que traspasaba por una rejilla. Por medio de este haz de luz (lser), gracias a una rejilla de diferente grosor se podan ver diferentes lneas una brillante en la parte central y lneas menos intensas a cada lado.

Primeramente se encendi un montaje respectivo de la prctica. Se escogieron 5 rendijas de diferente espaciamiento entre rendija, d, observando los patrones de difraccin. Se determin el valor d, para cada rejilla, a travs de la relacin:

Se establecieron el nmero de m observados a izquierda y derecha del mximo de orden 0. Midiendo la distancia X, gracias a un metro, desde m=0 hasta cada m observado, para cada rejilla. Luego del anterior paso, se prosigui a calcular la longitud de onda, , de la luz de lser utilizada, para cada valor de m y para todas las rejillas.

Por ltimo, en lugar de una rejilla de difraccin se utiliz un alambre cuyo espesor se comparable al de un cabello humano, ubicndolo en la posicin de la rejilla, donde se logr observ la distribucin de intensidades y midiendo sus diferentes distancias X para cada m observado. Teniendo en cuenta que . Determinando el valor d.

4. ANALISIS DE RESULTADOS

Con respecto a la prctica de la rejilla de difraccin se obtuvieron los siguientes resultados:

Teniendo en cuenta las condiciones de difraccin, se establece el valor respectivo de onda (). Gracias a la siguiente frmula:

Luego de tomar los respectivos clculos, se emple el alambre cuyo espesor se asemeja a un cabello humano. Se ubic en la posicin de la rejilla, observando la distribucin de intensidades y midiendo las distintas distancias, X para cada uno m observado. Para esto se tom como criterio que la longitud de onda de la luz lser empleada es conocida, cuyo valor es, =632,8 nm, determinando su valor de d, que corresponder al espesor del alambre.

Conversin respectiva para que el grosor del alambre este en unidades de longitud (cms)

X= 6,328X10^-5 cm

CUESTIONARIO DISCUSIN

1. Se obtienen un nmero mayor de mximos de orden con rejillas de menor o mayor espaciamiento entre rendijas?

El nmero de lneas que se encuentran en cada rejilla es inversamente proporcional a los mximos de orden, es decir, que a mayor nmero de lneas que se encuentre en la rejilla menor va a ser el nmero de mximos de orden.Para ejemplificar lo anterior se toma como referencia las siguientes imgenes:

2. En la determinacin de la longitud de onda de la luz lser empleada. Qu variables pudieron haber afectado la medicin y posteriormente los resultados?

Las variables son la longitud de onday el enteron, as que cada haz difractado corresponder al primer orden de difraccin(n=1)de una cierta longitud de onda, al segundo orden(n=2)de la longitud de onda mitad(/2), al tercer ordenn=3de la longitud de onda/3, etc. Dichos errores sistemticos se han puesto de manifiesto en el clculo de la distancia entre ranuras (d) y tambin el ancho de ranuras (a).

3. A qu fenmeno se le atribuye la coloracin que se presenta en los CD al exponerlos a la luz visible?

Al fenmeno de la dispersin, el CD acta como una rejilla de difraccin, debido a que el tamao de sus ranuras es muy pequeo y comparable con la longitud de onda de la luz que incide sobre l. El CD iluminado devuelve luz desde mltiples puntos, de tal forma que la luz emitidaen todas las direcciones desde cada uno de ellos interfiere con las emitidas desde los dems. Estas interferencias provocan que cada luz de una determinada longitud de onda (cada color) emerja del CD con un ngulo diferente. La interferencia provoca que al iluminar el CD con un haz de luz no monocromtica, cada longitud de onda (cada color) emerja de la rejilla con un ngulo diferente, lo que implica que globalmente la luz se descomponga, de la misma manera que ocurre (en este caso, por refraccin) al pasar a travs de un prisma. En resumen, el CD se puede considerar una rejilla de difraccin, que permite obtener el espectro de la luz reflejada sobre l (cada tipo de fuente luminosa produce un espectro diferente). A modo de ejemplo, la fotografa adjunta muestra el espectro de colores producido por un CD iluminado en el laboratorio del Instituto por la luz blanca de una bombilla incandescente.

4. Explique en qu consiste la difraccin de rayos X por cristales.

Lacristalografa de rayos Xes una tcnica experimental para el estudio y anlisis de materiales, basada en el fenmeno dedifraccinde losrayos Xpor slidos en estadocristalino.Los rayos X son difractados por loselectronesque rodean los tomos por ser sulongitud de ondadel mismo orden de magnitud que elradio atmico. El haz de rayos X emergente tras esta interaccin contiene informacin sobre la posicin y tipo de tomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura peridica,dispersan elsticamentelos haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican porinterferencia constructiva, originando un patrn de difraccin.n. 1Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posicin de los rayos X difractados, y su anlisis posterior por medios matemticos permite obtener una representacin a escala atmica de los tomos y molculas del material estudiado.Max von Lauerealiz los primeros experimentos de cristalografa de rayos X en 1912. Von Laue,William Henry BraggyWilliam Lawrence Braggdesarrollaron inicialmente la teora de difraccin de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros cientficos. A lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances tericos y tcnicos, como la aparicin de lossuperordenadoresy el uso desincrotronespara la produccin de rayos X, que incrementaron la capacidad del mtodo para determinar las propiedades estructurales de todo tipo de molculas:sales, materiales inorgnicos complejos,protenasy hasta componentes celulares como losribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo microcristalino, consiguindose diferentes datos en ambos casos: para las aplicaciones que requieren solo una caracterizacin precisa de los parmetros de la red cristalina, puede ser suficiente la difraccin de rayos X por polvo; para una dilucidacin precisa de las posiciones atmicas es preferible trabajar con monocristales.Dada la relacin existente entre la estructura tridimensional de las molculas y sus propiedades qumicas y fsicas, la cristalografa ha contribuido al avance en varias disciplinas cientficas como laqumica, labiologa molecular, lageologa, lafsica aplicaday laciencia de materiales. La amplia disponibilidad de tubos de rayos X, complementada con el desarrollo de fuentes de rayos X de alta intensidad ha aumentado significativamente su impacto en estos campos de investigacin as como en reas con aplicaciones industriales, como eldesarrollo de frmacosy lamineraloga aplicada. La mayor limitacin de este mtodo es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable adisoluciones, a sistemas biolgicosin vivo, asistemas amorfoso agases. En algunos casos, los rayos X pueden romper losenlaces qumicosque mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molcula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de inters biolgico.

CONCLUSIONES

El fenmeno de la difraccin es el responsable de que al mirar a travs de un agujero muy pequeo todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un nmero de aumentos mximo La intensidad del patrn observado sobre un pantalla es el resultado de los efectos combinados de interferencia y difraccin, ya que cada ranura produce difraccin y los haces difractados interfieren entre s para producir el patrn final.

BIBLIOGRAFA

Fsica (Halliday & Resnick) - Volumen II. Fsica Universitaria (Sears, Zamansky, Young, Freedman) - Undcima edicin Volumen ALONSO, Marcelo y FINN, Edward J. Fsica. Campos y Ondas. Vol. 2. Mexico : Fondo Educativo Interamericano, 1976. ALONSO, Marcelo y FINN, Edward J. Fsica. Mecanica. Vol. 1. Mexico : Fondo Educativo Interamericano, 1976. Raymond A. Serway,Fsica tomo II: McGraw-Hill,1997


Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO JONATHAN FERNNDO GONZALEZ CHAPARROEstudiante




Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO Cd. 201414271JONATHAN FERNANDO GONZALEZ CHAPARRO Cd. 2014Estudiantes

Informes de Fsica



PRACTICA N 8RADIACIN TRMICA

Resumen

En el presente experimento se encontr que la relacin que gobierna la potencia radiante de una fuente en funcin de su temperatura posee la estructura de la ecuacin de la ley de Stefan Boltzmann a altas temperaturas, con una forma funcional del tipo , se estudi la radiacin emitida por diferentes superficies dando como resultado que para una misma materialidad la emisin del cuerpo depende de la preparacin de la superficie que emite, observndose que en orden radicacin emitida es superficie negra > blanca > Opaca > Pulida, finalmente se confirma que existe una relacin cuadrtica inversa radiacin distancia, la cual tiene un factor potencial de elevacin de 1.89, lo cual es aceptado por literatura como la relacin cuadra inverso distante.

INTRODUCCIN En que consiste la radiacin trmica?Es el proceso de transmisin de ondas o partculas a travs del espacio o de algn medio; el trmino tambin se emplea para las propias ondas o partculas. Las ondas y las partculas tienen muchas caractersticas comunes; no obstante, la radiacin suele producirse predominantemente en una de las dos formas.La radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccin y la conveccin: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco. La radiacin es un trmino que se aplica genricamente a toda clase de fenmenos relacionados con ondas electromagnticas.A que se le denomina radiacin de cuerpo negro?Un cuerpo negro es, como su propio nombre indica, un cuerpo que absorbe absolutamente toda la radiacin electromagntica que recibe: ni refleja ni transmite nada de radiacin. Un cuerpo de este tipo no es necesariamente de color negro: s, no refleja nada, pero eso no quiere decir que l no emita radiacin. Como absorbe toda la radiacin que recibe, si le proporcionamos mucha energa se ir calentando hasta brillar. Puedes pensar en un tizn de madera totalmente negro como un cuerpo negro: si se calienta mucho es una brasa, brilla, no porque refleje luz sino porque emite la suya propia.Qu establece la ley de Stefan-Boltzmann?La ley de Stefan-Boltzmann nos dice que la energa emitida por un cuerpo negro por unidad de rea y por unidad de tiempo (W/m2) es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta T (K).

Marco teoricoI. Introduccin y ObjetivosLos tres mecanismos de transferencia de calor son: conduccin, conveccin y radiacin. La conduccin ocurre cuando hay contacto entre los cuerpos. La conveccin depende del movimiento de una masa de una regin a otra del espacio. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin electromagntica.Todo cuerpo emite radiacin en forma de energa electromagntica. La potencia total radiada por un cuerpo es proporcional a su rea A, tambin depende de la naturaleza de la superficie que irradia y de su temperatura absoluta T.

Viene dada por la ley de Stefan Boltzmann:

(constante de Stefan- Boltzmann )

e es la emisividad la cual caracteriza las propiedades de emisin de una superficie y depende del material. Es un nmero adimensional que puede variar entre 0 y 1. La potencia radiada por unidad de rea R proveniente de una fuente se puede expresar como: Se tiene que el fenmeno de la radiacin la energa se propaga en forma de ondas electromagnticas o partculas subatmicas a travs del vaco o de un medio material. En determinadas condiciones, los cuerpos emiten energa en forma de radiacin, as como tambin absorben la emitida por otros cuerpos. La longitud de onda de la radiacin puede ser muy pequea, en el caso de la llamada radiacin gamma, o muy grande como en las ondas de radio. Se mide en unidades de Nanmetros (1nm = 10-9m) y Angstrom (1A =10-10m).( Figura 1)

Figura 1

CUERPO NEGRO.Un cuerpo negro es un cuerpo ideal que absorbe toda la luz y toda la radiacin trmica. Forma parte de un modelo ideal que permite el estudio de emisin de radiacin electromagntica.La radiacin electromagntica emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin del cuerpo negro,todos los cuerpos son capaces de emitir energa electromagntica la cual se propaga tanto en los medios materiales como en el vaco. A temperatura ambiente, la energa emitida por los cuerpos es relativamente baja y corresponde a longitudes de onda mayores que la de la luz visible ( de menor frecuencia).En tanto aumenta la temperatura de los cuerpos, aumenta el nivel de energa emitida y las longitudes de onda son menores y puede eventualmente experimentar un cambio de color.Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que responden a la distribucin de Planck (Figura 2).

Para cuerpos a la misma temperatura, la energa emitida depende de la naturaleza de la superficie. Una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo buen emisor de energa es tambin buen absolvedor de dicha energa. As, los cuerpos de color ms obscuros son buenos absolvedores, en tanto el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energa.La ley de cuadrado inverso que establece la relacin inversa de la distancia entre la fuente de luz y un fotodetector.

informe-7-difracciÓn

Documents