TAREA UNIDAD 02 DEFINICION DE: EL EFECTO DOPLER, COMPTON, FOTOELECTRICO ELECTROVOLTIO

EFECTO DOPPLER

EL EFECTO DOPPLER ES UN FENÓMENO FÍSICO DONDE UN APARENTE CAMBIO DE FRECUENCIA DE ONDA ES PRESENTADO POR UNA FUENTE DE SONIDO CON RESPECTO A SU OBSERVADOR CUANDO ESA MISMA FUENTE SE ENCUENTRA EN MOVIMIENTO. ESTE FENÓMENO LLEVA EL NOMBRE DE SU DESCUBRIDOR, CHRISTIAN ANDREAS DOPPLER, UN MATEMÁTICO Y FÍSICO AUSTRÍACO QUE PRESENTÓ SUS PRIMERAS TEORÍAS SOBRE EL ASUNTO EN 1842.

EFECTO COMPTON.

EL EFECTO COMPTON (O DISPERSIÓN COMPTON) CONSISTE EN EL AUMENTO DE LA LONGITUD DE ONDA DE UN FOTÓN CUANDO CHOCA CON UN ELECTRÓN LIBRE Y PIERDE PARTE DE SU ENERGÍA. LA FRECUENCIA O LA LONGITUD DE ONDA DE LA RADIACIÓN DISPERSADA DEPENDE ÚNICAMENTE DEL ÁNGULO DE DISPERSIÓN.

EL EFECTO COMPTON FUE ESTUDIADO POR EL FÍSICO ARTHUR COMPTON EN 1923, QUIEN PUDO EXPLICARLO UTILIZANDO LA NOCIÓN CUÁNTICA DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA COMO CUANTOS DE ENERGÍA Y LA MECÁNICA RELATIVISTA DE EINSTEIN. EL EFECTO COMPTON CONSTITUYÓ LA DEMOSTRACIÓN FINAL DE LA NATURALEZA CUÁNTICA DE LA LUZ TRAS LOS ESTUDIOS DE PLANCK SOBRE EL CUERPO NEGRO Y LA EXPLICACIÓN DE ALBERT EINSTEIN DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO.

COMPTON DESCUBRIÓ ESTE EFECTO AL EXPERIMENTAR CON RAYOS X, LOS CUALES FUERON DIRIGIDOS CONTRA UNA DE LAS CARAS DE UN BLOQUE DE CARBÓN. AL CHOCAR LOS RAYOS X CON EL BLOQUE SE DIFUNDIERON EN VARIAS DIRECCIONES; A MEDIDA QUE EL ÁNGULO DE LOS RAYOS DIFUNDIDOS AUMENTABA, TAMBIÉN SE INCREMENTABA SU LONGITUD DE ONDA. CON BASE EN LA TEORÍA CUÁNTICA, COMPTON AFIRMÓ QUE EL EFECTO SE DEBÍA A QUE EL CUANTO DE RAYOS X ACTÚA COMO UNA PARTÍCULA MATERIAL AL CHOCAR CONTRA EL ELECTRÓN, POR LO CUAL LA ENERGÍA CINÉTICA QUE EL CUANTO LE COMUNICA AL ELECTRÓN LE REPRESENTA UNA PÉRDIDA EN SU ENERGÍA ORIGINAL.¹​

COMO CONSECUENCIA DE ESTOS ESTUDIOS, COMPTON GANÓ EL PREMIO NOBEL DE FÍSICA EN 1927.

ESTE EFECTO ES DE ESPECIAL RELEVANCIA CIENTÍFICA, YA QUE NO PUEDE SER EXPLICADO A TRAVÉS DE LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZ. ÉSTA DEBE COMPORTARSE COMO PARTÍCULA PARA PODER EXPLICAR DICHAS OBSERVACIONES, POR LO QUE ADQUIERE UNA DUALIDAD ONDA CORPÚSCULO CARACTERÍSTICA DE LA MECÁNICA CUÁNTICA.

EFECTO FOTOELECTRICO.

EL EFECTO FOTOELÉCTRICO CONSISTE EN LA EMISIÓN DE ELECTRONES POR UN MATERIAL AL INCIDIR SOBRE ÉL UNA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (LUZ VISIBLE O ULTRAVIOLETA, EN GENERAL).¹​ A VECES SE INCLUYEN EN EL TÉRMINO OTROS TIPOS DE INTERACCIÓN ENTRE LA LUZ Y LA MATERIA:

·         FOTOCONDUCTIVIDAD: ES EL AUMENTO DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DE LA MATERIA O EN DIODOS PROVOCADA POR LA LUZ. DESCUBIERTA POR WILLOUGHBY SMITH EN EL SELENIO HACIA LA MITAD DEL SIGLO XIX.

·         EFECTO FOTOVOLTAICO: TRANSFORMACIÓN PARCIAL DE LA ENERGÍA LUMÍNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA. LA PRIMERA CÉLULA SOLAR FUE FABRICADA POR CHARLES FRITTS EN 1884. ESTABA FORMADA POR SELENIO RECUBIERTO DE UNA FINA CAPA DE ORO.

EL EFECTO FOTOELÉCTRICO FUE DESCUBIERTO Y DESCRITO POR HEINRICH HERTZ, EN 1887, AL OBSERVAR QUE EL ARCO QUE SALTA ENTRE DOS ELECTRODOS CONECTADOS A ALTA TENSIÓN ALCANZA DISTANCIAS MAYORES CUANDO SE ILUMINA CON LUZ ULTRAVIOLETA QUE CUANDO SE DEJA EN LA OSCURIDAD. LA EXPLICACIÓN TEÓRICA FUE HECHA POR ALBERT EINSTEIN, QUIEN PUBLICÓ EN 1905 EL REVOLUCIONARIO ARTÍCULO “HEURÍSTICA DE LA GENERACIÓN Y CONVERSIÓN DE LA LUZ”, BASANDO SU FORMULACIÓN DE LA FOTOELECTRICIDAD EN UNA EXTENSIÓN DEL TRABAJO SOBRE LOS CUANTOS DE MAX PLANCK. MÁS TARDE ROBERT ANDREWS MILLIKAN PASÓ DIEZ AÑOS EXPERIMENTANDO PARA DEMOSTRAR QUE LA TEORÍA DE EINSTEIN NO ERA CORRECTA, PARA FINALMENTE CONCLUIR QUE SÍ LO ERA. ESO PERMITIÓ QUE EINSTEIN Y MILLIKAN FUERAN GALARDONADOS CON PREMIOS NOBEL EN 1921 Y 1923, RESPECTIVAMENTE.

SE PODRÍA DECIR QUE EL EFECTO FOTOELÉCTRICO ES LO OPUESTO A LOS RAYOS X, YA QUE EL EFECTO FOTOELÉCTRICO INDICA QUE LOS FOTONES PUEDEN TRANSFERIR ENERGÍA A LOS ELECTRONES. LOS RAYOS X (NO SE SABÍA LA NATURALEZA DE SU RADIACIÓN, DE AHÍ LA INCÓGNITA "X") SON LA TRANSFORMACIÓN EN UN FOTÓN DE TODA O PARTE DE LA ENERGÍA CINÉTICA DE UN ELECTRÓN EN MOVIMIENTO. ESTO SE DESCUBRIÓ CASUALMENTE ANTES DE QUE SE DIERAN A CONOCER LOS TRABAJOS DE PLANCK Y EINSTEIN (AUNQUE NO SE COMPRENDIÓ ENTONCES)

EL ELECTROVOLTIO

SU (SÍMBOLO EV) ES UNA UNIDAD DE ENERGÍA QUE REPRESENTA LA VARIACIÓN DE ENERGÍA CINÉTICA QUE EXPERIMENTA UN ELECTRÓN AL MOVERSE DESDE UN PUNTO DE POTENCIAL VA HASTA UN PUNTO DE POTENCIAL VB CUANDO LA DIFERENCIA VBA = VB-VA = 1V, ES DECIR, CUANDO LA DIFERENCIA DE POTENCIAL DEL CAMPO ELÉCTRICO ES DE 1 VOLTIO. EQUIVALE A 1,602176565 × 10^-19 J, OBTENIÉNDOSE ESTE VALOR DE MULTIPLICAR LA CARGA DEL ELECTRÓN (1,602176565 × 10^-19 C) POR LA UNIDAD DE POTENCIAL ELÉCTRICO (V).

ES UNA DE LAS UNIDADES ACEPTADAS PARA SU USO EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, PERO QUE NO PERTENECE ESTRICTAMENTE A ÉL.

EN FÍSICA DE ALTAS ENERGÍAS, EL ELECTRONVOLTIO RESULTA UNA UNIDAD MUY PEQUEÑA, POR LO QUE SON DE USO FRECUENTE MÚLTIPLOS COMO EL MEGAELECTRONVOLTIO MEV O EL GIGAELECTRONVOLTIO GEV. EN LA ACTUALIDAD, CON LOS MÁS POTENTES ACELERADORES DE PARTÍCULAS, SE HAN ALCANZADO ENERGÍAS DEL ORDEN DEL TERAELECTRONVOLTIO TEV (UN EJEMPLO ES EL GRAN COLISIONADOR DE HADRONES, LHC, QUE ESTÁ PREPARADO PARA OPERAR CON UNA ENERGÍA DE HASTA 14 TERAELECTRONVOLTIOS ¹​ ). HAY OBJETOS EN NUESTRO UNIVERSO QUE SON ACELERADORES A ENERGÍAS AÚN MAYORES: SE HAN DETECTADO RAYOS GAMMA DE DECENAS DE TEV Y RAYOS CÓSMICOS DE PETAELECTRONVOLTIOS (PEV, MIL TEV), Y HASTA DE DECENAS DE EXAELECTRONOVOLTIOS (EEV, EQUIVALENTE A MIL PEV).

ALGUNOS MÚLTIPLOS TÍPICOS SON:

1 KEV = 10³ EV

1 MEV = 10³ KEV = 10⁶ EV

1 GEV = 10³ MEV = 10⁹ EV

1 TEV = 10³ GEV = 10¹² EV

1 PEV = 10³ TEV = 10¹⁵ EV

1 EEV = 10³ PEV = 10¹⁸ EV

EN FÍSICA DE PARTÍCULAS SE USA INDISTINTAMENTE COMO UNIDAD DE MASA Y DE ENERGÍA, YA QUE EN RELATIVIDAD AMBAS MAGNITUDES SE REFIEREN A LO MISMO. LA RELACIÓN DE EINSTEIN, E = M·C², DA LUGAR A UNA UNIDAD DE MASA CORRESPONDIENTE AL EV (DESPEJANDO M DE LA ECUACIÓN) QUE SE DENOMINA EV/C².

1 EV/C² = 1,783 × 10^-36 KG

1 KEV/C² = 1,783 × 10^-33 KG

1 MEV/C² = 1,783 × 10^-30 KG

1 GEV/C² = 1,783 × 10^-27 KG