aguayo difraccion fisica 3 ing.indust. unp 2008
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Ing. Paulino Aguayo Rojas
CLASE MAGISTRALCLASE MAGISTRALDEDE
FÍSICA IIIFÍSICA III
Ing. Paulino Aguayo Rojas
ÍndiceÍndiceNaturaleza de la luz
Interferencia de 2 fuentes – Experimento de Young
Difracción
Difracción a través de 1 rendija
Difracción a través de 1 rendija – videos
Difracción por una abertura circular
Difracción a través de 2 ranuras
Difracción a través de N ranuras
Rejillas y redes de difracción
Difracción de rayos X
Conclusión y resumen
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Naturaleza de la LuzNaturaleza de la Luz
¿Qué es la luz? ¿Onda o Partícula?
1678 1704 18641670 18881800 1905
Röemer Huygens Newtpn Young FresnelFraunhofer Maxwell Hertz Einstein
18151814
Medic. de
c
La luz es una onda
Formada por
partículas
Interferencia – Onda
longitud.
Difraccion -
Espectroscopia
Difraccion Luz Onda Transvers
al
La luz es una onda
electromagnetica
1ª- Trasmisión de ondas
EM.
Efecto fotoelectri
co – Dualidad onda -
partícula
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2 Fenómenos Ondulatorios2 Fenómenos Ondulatorios
Interferencias: al combinarse 2 ondas hay máximos y mínimos
Difracción: debido a la existencia de varias fuentes (al pasar por rendijas por ejemplo)
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Coherencia - MonocromaticidadCoherencia - Monocromaticidad
Fuente monocromática: es aquella que emite luz con una única frecuencia
Dos fuentes monocromáticas se dicen Coherentes cuando emiten luz con la misma frecuencia y longitud de onda. Deben tener una relación de fase definida y constante
Luz coherente
Luz no coherente
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Experimento de YoungExperimento de Young
Interferencia de 2 fuentes
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Experimento de Young 2Experimento de Young 2
La diferencia de caminos ópticos entre los rayos de las 2 fuentes causa un desfase formándose patrones de interferencia en la pantalla
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Experimento de Young 3Experimento de Young 3
Ing. Paulino Aguayo Rojas
DifracciónDifracción
•Es una propiedad de las ondas
•Se observa cuando se distorsiona una onda por un objeto de dimensiones comparables a la longitud de la misma
•Las ondas se desvían o doblan a encontrar un obstáculo o un borde
•Es una interferencia causada por la combinación de multitud de ondas luminosas
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Difracción vs óptica geométricaDifracción vs óptica geométrica
La óptica geométrica predice incorrectamente la sombra de una ranura horizontal estrecha
Ing. Paulino Aguayo Rojas
DifracciónDifracción de Fresnel y de Fraunhofer de Fresnel y de Fraunhofer
La difracción de la luz puede dividirse en 2 clases:
1. Difracción de campo lejano o de Fraunhofer
2. Difracción de campo cercano o de Fresnel
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Difracción a través de 1 ranuraDifracción a través de 1 ranura
• Incidencia normal en una rendija plana y rectangular
• Aparece un gran máximo central en y = 0
• Máximos secundarios
• Y mínimos que los separan
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Intensidad en el patrón de 1 ranuraIntensidad en el patrón de 1 ranura
2
0
0
)2/(
)2/(
)2/(
)2/(
senII
senEEP
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Intensidad en el patrón de 1 ranuraIntensidad en el patrón de 1 ranura
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Difracción – Ranura circularDifracción – Ranura circular
Microscopio Telescopio
Ing. Paulino Aguayo Rojas
DifracciónDifracción a través de 2 ranuras finitas a través de 2 ranuras finitas
Patrón de Intensidad debido a la difracción
Patrón de Intensidad debido a la interferencia
• Patrón de doble ranura calculado con d = 4a
• Se observa que el patrón de interferencias está modulado por el patrón de difracción y que falta cada 4º máximo de interferencia a los lados
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DifracciónDifracción a través de N ranuras finitas a través de N ranuras finitas
En la difracción por ranuras múltiples: los
rayos provenientes de cada ranura llegan en fase y
forman un máximo muy marcado si la diferencia de
trayecto entre ranuras adyacentes es un número entero de longitudes de onda . Aquí se usa una lente para formar un
patrón de Fraunhofer en una pantalla cercana.
Ing. Paulino Aguayo Rojas
DifracciónDifracción a través de N ranuras finitas a través de N ranuras finitas
•Se suman los efectos de interferencia y difración
•En cada máximo de difracción hay máximos y mínimos de interferencias
Ing. Paulino Aguayo Rojas
DifracciónDifracción a través de N ranuras finitas a través de N ranuras finitas
Patrones de interferencia para N ranuras
a) N=2 : 1 mínimo entre los máximos adyacentes
b) N=8 : 7 mínimos c) N=16
La Intensidad máxima con N ranuras es N^2.Io
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Rejillas y redes de difracciónRejillas y redes de difracción
Al aumentar N, manteniendo constante d, se obtienen patrones de interferencia donde los máximos ocupan las mismas posiciones que con 2 ranuras, pero son cada vez más marcados y angostos.
Por ser estos máximos tan marcados, se puede medir con una precisión muy grande su posición angular y por tanto su longitud de onda.
Esto tiene aplicaciones prácticas muy importantes.
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Rejillas y redes de difracciónRejillas y redes de difracción
Ing. Paulino Aguayo Rojas
EspectrómetrosEspectrómetros
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Difracción de rayos XDifracción de rayos X
• Descubiertos por Roetgen en 1895
•Ondas EM con nm
•En un sólido cristalino los átomos están separados con d0.1 nm. Pueden servir como redes de difracción (Von Laue, 1912)
Condición p/ Máximos de Bragg
ADN 1953
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ConclusiónConclusión
•La difracción es una propiedad de las ondas y se produce cuando pasa luz a través de una abertura o alrededor de un borde
•La difracción es un factor limitante en la calidad de imágenes producidas por ocultamiento óptico
•La difracción limita el poder resolutivo de cualquier sistema óptico, incluyendo nuestros ojos
•El estudio y entendimiento de la difracción ha llevado al hombre a grandes descubrimientos, tales como el descubrimiento de la estructura del ADN humano, la difracción de partículas tales como los electrones, etc.
FIN
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Christian HuygensChristian Huygens
1678
“La luz es un fenómeno ondulatorio que se transmite a través de un medio llamado Éter”
Principio de Huygens
“Todo punto de un frente de onda se puede considerar como la fuente de onditas secundarias que se extienden en todas direcciones con rapidez igual a la de propagación de la onda”
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Sir Isaac NewtonSir Isaac Newton
1704
“Las partículas de la luz viajan siempre en línea recta y no doblan en las esquinas…”
Isaac Newton en Opticks
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Sir James C. MaxwellSir James C. Maxwell
1864
“Tenemos fuertes razones para concluir que la propia luz – incluyendo la radiación del calor y otras radiaciones, en su caso – es una perturbación electromagnética en forma de ondas propagadas a través del campo electromagnético de acuerdo a leyes electro-magnéticas …”
James C. Maxwell ante la Real Sociedad de Londres en su trabajo “Una teoría dinámica del campo electromagnético”
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Las ecuaciones de MaxwellLas ecuaciones de Maxwell
dt
dldE
dt
dildB
AdB
QAdE
B
enc
EC
enc
.
.
0.
.
00
0
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Consecuencias de las ecuaciones de MaxwellConsecuencias de las ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell predicen la existencia de ondas electromagnéticas que se propagan en el vacío con la velocidad de la luz c.
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Consecuencias de las ecuaciones de MaxwellConsecuencias de las ecuaciones de Maxwell
Las ondas electromagnéticas son transversales: los campos E y B son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
Ing. Paulino Aguayo Rojas
Heinrich HertzHeinrich Hertz
En 1888 fue el primero en probar las hipótesis de Maxwell sobre la existencia de las ondas electromagnéticas, al lograr inducir una chispa en un receptor simple situado a unos metros de un oscilador tal como se muestra en la figura.
Durante sus experimentos, Hertz también descubrió el Efecto Fotoeléctrico, que sería explicado por Einstein en 1905, usando la nueva teoría de los cuantos de energía. Con esto se demostró que la luz a veces se comporta como una onda, y otras como partícula.
Ing. Paulino Aguayo Rojas
BibliografíaBibliografía
•Sears – Zemansky – Young – Freedman. Física Universitaria. Vol. 2. 11ª Edic. Pearson – Addison Wesley. México 2005.
•Luzón, Gloria. Interferencias. Bajado de la www, vía P2P con el programa Ares.