Optica cuantica





El origen de la Optica Cuántica, arranca del estudio de las leyes sobre radiación. Cuando la energía radiante incide sobre una superficie puede ser, reflejada, transmitida o absorbida; la porción absorbida se convierte eh energía interna por lo cual la temperatura del cuerpo sé eleva. De los cuerpos opacos que son aquellos que mayor cantidad de energía absorben, nos interesa el denominado cuerpo negro, el que teóricamente es el absorbente perfecto o sea el que toma la radiación que le llega.

Así como los cuerpos absorben energía también la emiten, la correspondencia entre los buenos absorbentes y los buenos radiadores fue afirmada por Kirchhoff quien demostró que todos los cuerpos que absorben energía también la radian, por tanto, un cuerpo negro no solamente es un absorbente perfecto sino también el mejor radiador a cada temperatura.

Estudiando la relación que existe entre la cantidad de energía irradiada y la temperatura del cuerpo que emite la radiación, Stefan llegó a la conclusión de que la energía total irradiada es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo. A esta misma conclusión llegó el físico austríaco Boltzmann, por lo cual el anterior enunciado se conoce como la ley de Stefan y Boltzmann.

E=\alpha T^{4}

La ecuación llamada frecuentemente “ley de la cuarta potencia”, indica la influencia tan importante que tiene la temperatura de la superficie radiante sobre la intensidad de la radiación. No obstante la gran significación de los estudios llevados a cabo por Stefan, Boltzmann, Wein, Raileigh, el problema de la distribución de la energía en un cuerpo negro, no pudo ser completamente resuelto ya que no fijaba en forma definitiva y general la verdadera ley de la repartición espectral. Ante la dificultad para explicar la radiación del cuerpo negro, Max Planck, célebre físico berlinés, hacia el año de 1900 propuso una nueva teoría conocida hoy como teoría de los cuantos.

El pensamiento central de Planck consiste en aceptar que un radiador térmico, o sea un cuerpo que emite energía se comporta como si estuviera constituido por un gran número de osciladores que vibran a medida que el cuerpo se calienta, estos osciladores adquieren energía, la que luego radian o emiten. Un oscilador no puede adquirir ni perder energía en forma continua sino en cantidades múltiplos de un valor (h) que es el cuanto elemental de energía, por lo tanto la energía de los osciladores no varía según una ley continua, sino de modo discontinuo siguiendo la serie:

h .........2 h ..........3 h…… _{v}h

Cada oscilador contendrá un número entero de dichos cuantos elementales y de acuerdo con la frecuencia de vibración la cantidad de cuantos variará de un resonador a otro. En el fondo la hipótesis original de Planck se encamina a demostrar que la energía es de estructura granular y que el gránulo o cantidad más pequeña de energía se denomina constante de Planck o cuanto elemental; cualquiera cantidad de energía es forzosamente un múltiplo entero de dicha constante.



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