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Fisica Experimental IV Curso 2014 Clase 1 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la constante de Rydberg
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Fisica Experimental IVCurso 2014
Clase 1 Página 1
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Determinación de la constante de Rydberg
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En termodinámica, la ley de Kirchhoff de la radiación térmica, es un teorema de carácter general que equipara la emisión y absorción en objetos calientes, propuesto por Gustav Kirchhoff en 1859, a raíz de las consideraciones generales de equilibrio termodinámico. La ley de Kirchhoff establece que si un cuerpo (o superficie) está en equilibrio termodinámico con su entorno, su emisividad es igual a su absorbancia.
Junto con la demostración del teorema, propuso la búsqueda de una respuesta a un nuevo planteo. La respuesta fue el descubrimiento de la teoría cuántica.
Gustav Robert Kirchhoff Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1887)(1824 - 1887)
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Las tres leyes de la espectroscopia de Kirchhoff que describen la emisión de luz por objetos incandescentes:
Un objeto sólido caliente produce luz en espectro continuo.
Un gas excitado produce luz con líneas espectrales en longitudes de onda discretas que dependen de la composición química del gas.
Un objeto sólido a alta temperatura rodeado de un gas a temperaturas inferiores produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas.
La justificación de estas leyes fue dada más tarde por Niels Bohr, contribuyendo decisivamente al nacimiento de la mecánica cuántica.
Las tres leyes de la espectroscopia de Kirchhoff que describen la emisión de luz por objetos incandescentes:
Un objeto sólido caliente produce luz en espectro continuo.
Un gas excitado produce luz con líneas espectrales en longitudes de onda discretas que dependen de la composición química del gas.
Un objeto sólido a alta temperatura rodeado de un gas a temperaturas inferiores produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas.
La justificación de estas leyes fue dada más tarde por Niels Bohr, contribuyendo decisivamente al nacimiento de la mecánica cuántica.
Leyes de Kirchhoff
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Cuando se eleva la temperatura de un objeto, este emite radiación electromagnética. Primero se pone rojo, después cada vez más blanco:
Radiación de objetos calientes
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Kirchhoff y la espectroscopía atómica
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El descubrimiento de que cada elemento químico llevaba su propia firma espectral tuvo enormes implicaciones en química, física y astronomía. A través del análisis espectral, Bunsen y Kirchhoff identificaron los patrones característicos de la líneas de emisión de colores de todos los elementos entonces conocidos.
Kirchhoff, por otra parte, tomó un espectro de una llama de sodio, en un fondo oscuro, para producir las líneas de emisión amarillas dobles, características de este elemento, y luego desplazó la llama hacia el recorrido de un rayo de luz solar. Las líneas de absorción aparecieron más contrastadas y oscuras que antes. Aparentemente, el gas estaba absorbiendo mucha más energía de la luz solar que la que estaba emitiendo.
El descubrimiento de que cada elemento químico llevaba su propia firma espectral tuvo enormes implicaciones en química, física y astronomía. A través del análisis espectral, Bunsen y Kirchhoff identificaron los patrones característicos de la líneas de emisión de colores de todos los elementos entonces conocidos.
Kirchhoff, por otra parte, tomó un espectro de una llama de sodio, en un fondo oscuro, para producir las líneas de emisión amarillas dobles, características de este elemento, y luego desplazó la llama hacia el recorrido de un rayo de luz solar. Las líneas de absorción aparecieron más contrastadas y oscuras que antes. Aparentemente, el gas estaba absorbiendo mucha más energía de la luz solar que la que estaba emitiendo.
Kirchhoff y la espectroscopía atómica
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Al principio del siglo XX los científicos habían hecho las siguientes observaciones:
•Cuando una muestra de átomos gaseosos es sometida a una descarga eléctrica, los átomos emiten radiación electromagnética.
•Al pasar a través de una ranura o a través de un prisma, la luz emitida por los átomos es separada en sus componentes de longitud de onda.
Determinación de la constante de Rydberg
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Esto es típico de la materia cuando los átomos estan empaquetados en forma condensada.
Sólidos y gases a alta temperatura emiten radiación.
La radiación emitida consiste de una banda continua de colores como un arco iris.Esto es lo que se llama un espectro continuo.
Determinación de la constante de Rydberg
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Las lineas espectrales en una serie se aproximan cuando se incrementa la frecuencia.
Cada elemento tiene un único y propio espectro de emisión.
Las lineas espectrales existen en diferentes regiones del espectro. (infrarrojo, visible y ultravioleta)
Los gases a baja presión se comportan diferentemente.
Los átomos excitados emiten solamente ciertas frecuencias.
Determinación de la constante de Rydberg
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Determinación de la constante de Rydberg
Johann Jakob Balmer
(1825-1898)Matemático suizo.
El espectro de lineas del elemento más simple, H
había sido estudiado por Angström. Este habia medido en 1871 cuatro lineas en el espectro visible (en nm):
656.279 , 486. 133, 434. 047, 410.174
En 1884, Balmer, logró expresar estos números en términos de una constante "b":
89
,21
25,
34
,5
9 bbbbnmb 60.364
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Determinación de la constante de Rydberg
Johann Jakob Balmer
(1825-1898)Matemático suizo.
89
,21
25,
34
,5
9 bbbb
32
36,
21
25,
12
16,
5
9
...6,5,4,342
2
mm
mb
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Determinación de la constante de Rydberg
Johannes R. Rydberg
1854 -1919
Matemático sueco
En 1890 Rydberg generalizo la fórmula de Balmer y mostró que tenía una aplicabilidad más amplia.
Introdujo el concepto de número de onda
22
111
mnR
m y n son números enteros.
R= 10973731.534 m-1
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Determinación de la constante de Rydberg
Niels Bohr Dinamarca
1885 - 1962
PN 1922
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Determinación de la constante de Rydberg
n = 1, Lyman 1916
n = 2, Balmer
n = 3, Paschen
n = 4, Brackett 1922
n = 5, Pfund 1925
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Red de difracción
dsenn
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Espectrofotómetro
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Fotografía del arreglo experimental
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Espectro del átomo de Hidrogeno
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Espectro del átomo de Hidrogeno
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Determinación de la constante de Rydberg
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12
1/
1/m2
2
1411
mR
R
4R
