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Física 7.01 Hipótesis de Planck muy fácil. Catástrofe ultravioleta, cuerpo negro, consecuencias.

Física Explicada · 3,207 words · 15 min read

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0:03hola en este vídeo vamos a hablar de la

0:07hipótesis de planck y si nos tenemos que

0:09poner serios porque estamos ante uno de

0:11los hitos más importantes de la historia

0:13de la física es además un concepto que

0:16para entenderlo bien bien pues quizá

0:18vamos a tener que ser manu de ideas que

0:20no son muy conocidas o dicho sin paños

0:23calientes es un concepto difícil

0:25entenderlo en profundidad pero porque es

0:28una idea tan importante como estoy

0:29diciendo que todas las personas del

0:30mundo deberíamos conocerlo especialmente

0:32de vosotros que estáis él mismo que está

0:34en un nivel universitario o pre

0:35universitario en un curso de física pues

0:37sí tenemos que conocer cuál es el

0:38fundamento de la hipótesis de planck y

0:41cómo vamos a abordar este doble reto de

0:43entenderlo bien y por otro lado pues

0:45tienen los conocimientos básicos bueno

0:46pues vamos a abordar de dos maneras en

0:49un primer vídeo que es el vídeo que

0:50estamos haciendo ahora me voy a centrar

0:51en los aspectos básicos de la hipótesis

0:53de plank sobre todo pues para que veamos

0:55cuál es el fundamento y de que vaya eso

0:57seguro se puede conectar con las cosas

0:59de la vida cotidiana y en un próximo

1:01vídeo pues vamos a intentar tratar con

1:02un poquito más de profundidad y también

1:04entrando en muchas cuestiones

1:05curiosidades anécdotas que es debido a

1:07intentar no contar para que no sé

1:09demasiado así que vamos a centrarnos

1:10como digo en este vídeo en cuál es el

1:12fundamento que es lo básico que tenemos

1:14que saber también está pensando en que

1:16esto no lo pueden preguntar un examen si

1:17es una pregunta muy importante y por

1:19tanto muy común en pruebas de física y

1:22vamos a saber cómo responder muy bien

1:23esas preguntas de acuerdo bueno pues

1:26para no perdernos nada vamos a intentar

1:28llevar un guión muy claro de qué es lo

1:29que hay que contar aquí y el primer

1:31punto que tenemos que abordar aquí es el

1:33contexto en el que se plantea esta

1:36hipótesis de planck lo segundo que

1:37haremos será enunciar la lo mejor

1:39posible y apoyándonos en una fórmula una

1:41fórmula muy sencilla y muy bonita

1:43también y vamos a intentar explicar las

1:44que es muy fácil y en tercer lugar vamos

1:46a nombrar en cuál son las consecuencias

1:48más inmediatas que tuvo esta hipótesis

1:50de planck y para que veamos que a este

1:53nivel pues no es una cosa tan complicada

1:54y que también tienen conexión como digo

1:56con la realidad nuestra realidad

1:57cotidiana pues vamos a intentar terminar

1:59resumiendo un ejercicio muy sencillo

2:02aplicando la hipótesis de plan de

2:04acuerdo bueno pues vamos a ver a por el

2:06contexto

2:07y para el contexto quizás podemos

2:09plantear de esta manera ahora mismo me

2:11estáis viendo y me estáis viendo no

2:13sabéis perfectamente porque tengo por

2:16cien por ejemplo aquí un foco que me

2:18está iluminando y este foco es el que

2:21ahora mismo me está bombardeando con

2:23radiación y esas radiaciones se refleja

2:25y acaba en el receptor y me estáis

2:27viendo por ese motivo así que no nos

2:29podemos plantear qué pasaría si

2:32voy a pagar a la radiación de ese foco

2:34me podréis ver y es hombre pues no pues

2:37quizá sí porque sabéis que hay unas

2:39capas que llaman cámaras de visión

2:40nocturna e incluso en ausencia de luz

2:43incidente son los cuerpos son capaces de

2:45captar imágenes y captan esas imágenes

2:47porque lo que hacen es captar la luz de

2:49los cuerpos emiten por su propia

2:51realidad porque por tener una

2:52temperatura en las películas se ve

2:55claramente que cuando hay un ser vivo

2:57con una temperatura como la mía de 37

2:59grados pues se ve en esas cámaras de

3:01visión altura con una especie de silueta

3:02porque se ve muy marcada respecto a un

3:04fondo el fondo por lo que tenemos aquí

3:05de la pizarra a una temperatura de 20

3:07grados vale así que todos los cuerpos

3:09emiten radiación siguiente por su

3:10temperatura y más o menos si tiene menos

3:14temperatura bueno pues este fenómeno

3:17sólo empezaron a plantear con

3:19profundidad estamos hablando de mediados

3:21del siglo 19 cuando ya se había conocido

3:23la teoría clásica del electromagnetismo

3:25de maxwell pues quisiera aplicarlo por

3:27ejemplo a estos sistemas a qué pasa y

3:29por qué sucede que los cuerpos en

3:31función de la temperatura emiten

3:32radiación bueno pues que es lo que

3:34ocurre pues estudiaron plana sin comité

3:36un cuerpo es complicado pues porque los

3:37cuerpos emiten radiación

3:39así que se les ocurrió la idea de

3:41plantearse qué radiación emite un cuerpo

3:43que no refleja radiación es decir un

3:44cuerpo negro como puede ser el filtro de

3:46este borrador y esta es la primera

3:48palabra que tenemos que incluir en el

3:49contexto lo que se hizo fue intentar

3:51aplicar la teoría clásica de

3:53electromagnetismo a un objeto que se

3:54llamaba el cuerpo negro y bueno pues

3:57cuando lo aplicaron un cuerpo negro pues

3:59midieron experimentalmente cómo era la

4:01radiación que emitía ese cuerpo negro y

4:03se encontraron con una gráfica esta

4:04gráfica es importante en la que si

4:07representaban el eje vertical la energía

4:09que emite y en el eje horizontal la

4:12longitud de onda de la radiación pues

4:14encontraron que si el cuerpo tenía una

4:15temperatura baja pues emite pues poca

4:17energía pues esta montaña es pequeña y

4:20bueno pues emite su energía en un rango

4:22de longitudes de onda más o menos

4:23centrado y poca energía por aquí y poca

4:26energía por allá y se su cuerpo lo

4:27calentamos pues bueno pues emite más

4:29energía pero de nuevo pues bueno pues

4:31poca energía por un lado poca energía

4:32por otro y por la zona central pues sí

4:34que emitía mucha energía y estos son los

4:37relaciones experimentales bueno pues

4:39cuando aplicaron en su maravillosa

4:41teoría del tema de tipo de malware al

4:43cuerpo negro es decir cuando lo hicieron

4:45con cuentas con cálculos teóricos se

4:48encontraron con que la curva que

4:50predecía la energía pues no se parecía

4:52en casi nada a estas líneas rojas sino

4:54que la predicción teórica era esta línea

4:56morada que veis aquí

4:58y esta línea morada pues por un lado sí

5:00que citó que encajaba muy bien o sea por

5:02esta parte con las longitudes de onda

5:03grandes sí que es cierto que encaja muy

5:05bien la teoría con la las mediciones

5:08experimentales pero cuando nos metemos

5:10en esta parte de longitud de onda

5:11pequeñas pues la verdad es que la

5:13discordancia es total o sea la precisión

5:15teórica me dice que practica el de la

5:16energía tenía que escaparse al infinito

5:18cuando la media experimental me dice que

5:20es una que lo que hace la energía es

5:21bajar hacia cero y esto es un lío la

5:24situación era dramática tan dramática

5:26que le pusieron nombre espectacular que

5:27tienes que recordar porque hay que

5:29nombrar lo es catástrofe ultravioleta es

5:31cierto era una auténtica catástrofe de

5:33la predicción teórica una teoría

5:35fantástica que había pues aquí en

5:36funcionaba mal no lo peor que puede

5:38funcionar y es que me ha dado infinito

5:39cuando me tiene que dar cero a esto se

5:41llama la catástrofe ultravioleta porque

5:43el de la catástrofe problema sucede para

5:45el objetivo de una pequeña y vamos a ver

5:47la ejecución de pequeñas segura

5:49formulita que se corresponden con

5:50frecuencias altas frecuencias grandes

5:52frecuencias del orden del ultravioleta

5:53vale bueno pues esto es el contexto el

5:56contexto de aplicar la teoría de

5:58electromagnetismo al cuerpo negro y de

6:00observar que la predicción teórica no se

6:03corresponde para nada con las curvas en

6:05el rango de longitudes de onda pequeñas

6:08y entonces le llamo catástrofe

6:09ultravioleta y esto sucedió a finales

6:12del siglo 19 bueno pues este contexto es

6:15donde llega un físico alemán llamado max

6:17planck y una fecha muy fácil de recordar

6:19el año 1900 pues en un congreso expone

6:23lo que es su hipótesis y lo que fue su

6:26gran resultado no vamos a leer el texto

6:29porque hay que decirlo con precisión

6:31dice más o menos lo siguiente dice que

6:33cuando un átomo de ese cuerpo negro que

6:35estoy planteando emite o absorbe

6:37radiación electromagnética es decir luz

6:39de una frecuencia determinada dice que

6:42sólo puede emitir esa energía en forma

6:44de paquetes de energía llamados cuantos

6:46en algunos libros se llama fotones pero

6:48eso no es muy correcto en lo que dijo

6:50fue lo que dijo y dijo que emitía

6:52cambiaba su energía en paquetes

6:54distintos llamados cuantos bueno pues

6:57cuánta energía tenía cada paquete de

6:59energía cada cuánto pues la fórmula que

7:01proporcionaba esa energía en función de

7:03la frecuencia es la formulita de plan

7:05que tenéis aquí que la energía de cada

7:07paquete de energía es igual a una

7:09constante h hay que llamar a cosas de

7:11planck por la frecuencia la fórmula muy

7:14sencilla es muy importante y la

7:16constante de planck que él consiguió

7:18ajustar para que el cuadrado muy bien

7:20su predicción teórica con esta hipótesis

7:23con las medias experimentales tiene este

7:25valor un valor pequeñísimo 6,6 216 por

7:28decir lo menos 24 julios por segundo las

7:31unidades de julios por segundo pues

7:33viene de despejar de aquí la h vale

7:34bueno pues este es el enunciado de la

7:38hipótesis de plan con su fórmula

7:40correspondiente y lo siguiente que nos

7:43queda es decir porque esto ha sido tan

7:46importante bueno pues si os dais cuenta

7:49esto de decir que la energía va a saltos

7:51pues esto es nada menos que una realidad

7:53que ya es clásica si estamos

7:54acostumbrados y es que en la escala de

7:55la microfísica de la escala de los

7:57átomos de las partículas pues las cosas

7:59no fundieron de manera continua sino que

8:00todos los otros energéticos van de van

8:02en saltos en cuantos y esta palabra

8:04cuántos ha sido el anticipo de todo lo

8:07que ha sido en el siglo 20 el desarrollo

8:09brutal de la física cuántica que nos ha

8:11ayudado pues a mejorar nuestra

8:13telecomunicaciones nuestros dispositivos

8:14y qué duda cabe pues le dio un

8:16grandísimo desarrollo pero tuvo un

8:18comienzo y el comienzo fue esta

8:19hipótesis de planck a saltos para no

8:23irnos tan lejos que lo que se quiere

8:25nombrar aquí en estas consecuencias es

8:27que en el año 1905 o sea cinco años más

8:29tarde la hipótesis de planck un señor

8:31llamado albert eisntein utilizó esta

8:34idea de cuántos para entender que la

8:36energía la luz viajaba en paquetitos de

8:38energía así que tomó la idea de los

8:40fotones para explicar el efecto

8:42fotoeléctrico un efecto muy importante

8:44que tenemos explicado en un vídeo

8:46anterior vale le dieron porque todo el

8:48nobel también a insten por este efecto

8:50fotoeléctrico y luego más tarde el año

8:521813 fue cuando se desarrolló el modelo

8:55atómico de voz que saiz perfectamente

8:57que es un modelo en el que los

8:58electrones están distribuidos también

9:00por el saltos energéticos así que a

9:03partir de estos pequeños elementos en el

9:05que la física se ve que va a saltos por

9:07cómo se desarrolló el resto de la física

9:09cuántica vale bueno pues ya hemos dicho

9:12entonces los tres aspectos fundamentales

9:14que hay que contar en esta pregunta

9:15primero los los antecedentes el contexto

9:18uno para el cuerpo negro hombre la

9:19catástrofe otra violeta

9:21gráfica estática es importante porque

9:23geográfica bonita porque describir algo

9:25pues muy común en la física y es que las

9:27proyecciones teóricas no coinciden con

9:28las observaciones y a partir de ahí pues

9:30surgen nuevos desarrollos teóricos que

9:32no tienen que algo estaba mal y la

9:34física teórica lo consigue mejorar en

9:37samacá sobre un tableta porque sucede

9:39para los críticos de onda pequeñas

9:40frecuencias altas luego lo que es el

9:42enunciado de planck con ese texto en el

9:45que dice que la energía con la que

9:46cambia la energía de los átomos tiene

9:50que siempre en paquetes y la energía

9:51cada paquete de energía viene dada por

9:53esta fórmula de aquí vale y por último

9:56pues las consecuencias pues las

9:57consecuencias inmediatas son pues el

9:59efecto fotoeléctrico desarrollado por

10:01este o el modelo de board y luego todo

10:03el desarrollo de la física cuántica del

10:05siglo 20 de acuerdo y bueno pues para

10:07que veáis que esta fórmula pues tiene

10:09unas aplicaciones muy directas os

10:11propongo que hagamos este pequeñísimo

10:12ejercicio que tengo aquí preparado vale

10:14nos preguntan la energía de un fotón de

10:18color violeta con una locución de 400

10:21nanómetros

10:22bueno pues

10:23lo que nos pregunta la energía de un

10:26fotón pues casi lo inmediato es acudir a

10:28la formulita de planck para encontrarla

10:30pero me di cuenta que bueno la h me la

10:32dan pero la frecuencia no la sé ser la

10:35longitud de onda bueno pues aquí hay que

10:36hacer un pequeño cambio es una fórmula

10:39muy sencilla que me permite conocida a

10:41la longitud de onda obtener la

10:42frecuencia voy a hacer aquí como

10:45entiendo yo que la forma más sencilla de

10:46hacer ese cambio y es recordar que la

10:48velocidad es igual a la longitud de onda

10:53partido por el periodo pero claro la

10:56velocidad de la radiación

10:57electromagnética si lo llamara ce es la

10:59velocidad de la luz

11:01y a la inversa del periodo es la

11:03frecuencia

11:06así que está la formulita que me permite

11:08relacionar longitudes de onda con

11:10frecuencias en este caso como lo que

11:12necesito es la frecuencia pues la va a

11:13despejar de aquí la frecuencia de la

11:15radiación

11:17pues va a ser igual a c

11:20partido por los bueno pues vamos a hacer

11:23las cuentas

11:25que hemos utilizado para entender eso

11:28del depor que están objetivo en la

11:29pequeña se correspondía con el

11:31ultravioleta bueno pues si queremos

11:33calcular de la frecuencia metemos aquí

11:34los números o la velocidad de la luz es

11:37una constante universal nos la tenemos

11:38que saber en el vacío es 3 por 10 y

11:40luego de la 8

11:42metros por segundo

11:45y la longitud de otras 400 nanómetros

11:47vamos a tener poco cuidado estos serían

11:49400

11:52podrías elevado a la menos 9 metros

11:57así que sabemos bien las cuentas de

11:59terceros sin calculadora estos tres por

12:01diez y luego de la ocho

12:03partido por 4

12:06por 10 elevado a la menos 7

12:10y sabemos esta cuenta

12:13quiero contarle

12:1775

12:20por 10 elevado a la 14 tercios

12:25una frecuencia que podemos pensar de una

12:27frecuencia altísima en las frecuencias

12:29claramente son frecuencias muy elevadas

12:31esta es la frecuencia de la radiación

12:33que emite un fotón de color violeta esta

12:37es la frecuencia la rapidez con la que

12:38esto oscila y al que tengo la frecuencia

12:40no me queda más que ir a la formulita

12:41desde plank para calcular la energía de

12:43esa radiación y la energía será por

12:45tanto igual a la constante de planck

12:486,600 26 por 10 elevado a menos 34

12:53que multiplicamos por 7,5

12:56por 10 elevado a la 14 y claro aunque la

13:01frecuencia era un número muy elevado en

13:024 multiplicó lo multiplicamos por la

13:04constante de planck es número muy

13:05pequeño pues creo que esto salía

13:085 por 10 elevado a al menos 19

13:11julios ésta es la energía de un fotón de

13:15color violeta y diréis esta energía es

13:18mucha o poca bueno pues para un fotón es

13:21una energía digamos normal y lo vamos a

13:23atender enseguida está la luz que me

13:25estaba llegando al que ahora mismo lo

13:26que nos lleva gente a todos un fruto de

13:28la reacción solar de cualquier wing

13:29blanca pues parte de sus contiene todos

13:32los colores del arcoíris por supuesto y

13:34parte de sus relaciones por tanto del

13:35color violeta del arcoíris bueno pues

13:37esos botones de color violeta que me

13:38están dando ahora mismo lo que gana

13:40vosotros pues realmente pues no me

13:41supone ningún tipo de peligro ni de

13:43esfuerzo ni de problemática es decir los

13:45motores que llegarán hasta más a mi piel

13:47hasta tu cuerpo pues al cual llegan los

13:49pelos absorbe o bien lo rebota y eso no

13:52supone ningún problema para la salud de

13:53nadie vale pero ya veis por dónde voy

13:55esto es el color violeta qué pasaría si

13:59y voy a tomar el folk que también tiene

14:02luz blanca y más allá del color violeta

14:05el sol también me está emitiendo en

14:07radiación ultravioleta que significa

14:09pues que está en un punto donde la

14:11radiación solar aparte de tener color

14:13violeta y los colores del arcoíris

14:14también tiene una relación de por

14:16ejemplo en vez de 400 nanómetros una

14:18locución da un poquito más pequeña una

14:20cultura que podría ser por ejemplo de 40

14:22nanómetros si esa locución es de 40

14:25nanómetros es más pequeña ya no hay

14:27varita es ultravioleta y serán

14:29cultivadas diez veces y el pez es más

14:31pequeña os aseguro que las células

14:33cuenta sacaremos una energía diez veces

14:35más grande y esa energía sí que me puede

14:37hacer daño esa energía así que pero

14:39entra en mi piel y es peligrosa para la

14:40salud y me tengo que dar una una

14:42brillante solar a partir de cierta

14:46energía así que a mis células de sientan

14:48mal esa radiación y al ejemplo extremo

14:50es qué pasaría sin vencer 40 metros que

14:53fuera de 4 nanómetros esto ya no es

14:56ultravioleta a esto creo que les

14:58correspondería a los rayos x y si esto

15:01tiene 4 nanómetros pues esto tendría una

15:03energía también 100 veces mayor y esa

15:05energía 100 veces mayor en el cuerpo le

15:07sienta bastante mal y por eso cuando nos

15:09hacen radiografías pues cuatro menos

15:11dure esa exposición a la radiación o

15:13cuanto menor radiografía nos hagan mejor

15:14porque un exceso de radiación pues

15:16podría tener efectos muy perjudiciales

15:17para la salud de acuerdo o sea que esto

15:20no justifica porque las longitudes de

15:22ondas cortas correspondiente a la

15:24ultravioleta los rayos x y los rayos

15:26gamma mucho más peligrosos pues son tan

15:29peligrosas y son tan peligrosos porque

15:30exportan una energía mucho mayor y esa

15:32energía mucho mayor de ese foto aunque

15:34impacta contra mis tejidos me puede

15:36generar problemas de salud

15:38y en el otro extremo pues tendríamos que

15:40es lo que ocurriría cuando la contienda

15:42es mayor por ejemplo si fueran 400

15:44centímetros es decir si fuera una altura

15:46de 4 metros

15:48eso son ondas de radio y las ondas de

15:50radio pues sabemos que vieron todas

15:51partes pero de hecho nuestros aparatos

15:54receptores las captan pero para su por

15:56ejemplo mapas de la salud por qué pues

15:57porque al tener una punta y donda tan

15:59grande la energía que tienen es

16:01profundamente más pequeña y esa energía

16:04pequeña pues no interfiere con los

16:06teléfonos con la función a ver con las

16:07funciones vitales de las células vale

16:09así que esta fórmula está entre otras

16:11muchas cosas nos permite entender

16:13esa variedad de peligrosidad no

16:15peligrosidad que hay en todo el espectro

16:17electromagnético

16:18bueno pues esta es sólo una pequeña

16:20parte de gente las consecuencias

16:21muchísimas importantes y más que tuvo la

16:24la hipótesis de blank vale pero el resto

16:26de las cuestiones y algunas que sé que

16:28hemos pasado por aquí un poco de

16:29puntillas hay que merecer un poquito más

16:30la explicación las resolveremos para un

16:32próximo vídeo de acuerdo hasta la

16:34próxima

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