Otra forma de determinar la constante de Planck mediante la radiación de un cuerpo negro en laboratorios de enseñanza

M. NAPAL; A. MALDONADO; S.B. RAMOS; F. PEREZ QUINTIÁN

Merlo, San Luis

Congreso; 100° Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina; 2015

Universidad Nacional de San Luis

Existen diversos métodos para medir la constante de Planck a nivel de estudiantes universitarios de Ciencias e Ingenierías basados en el fenómeno de radiación del cuerpo negro. Crandall y Delord [1] en el año 1983, consideran la emisión de un filamento caliente de tungsteno como aproximación a la de un cuerpo negro. La intensidad de radiación electromagnética irradiada es detectada a través de un fotoresistor expuesto a esta radiación. Los valores de h que pueden obtenerse mediante este método presentan una desviación considerable del orden del 25%.Ciertas desventajas a nivel pedagógico acerca de esta implementación son: el considerar al filamento como un cuerpo negro ideal y que toda la potencia eléctrica entregada se transforme en radiación, la dificultad que se presenta para medir el área del filamento y la de seleccionar radiación con frecuencia definida utilizando filtros convencionales que en general no filtran la radiación infrarroja.  No obstante ello sus bondades pedagógicas son: que el estudiante se involucra con el funcionamiento de un filamento (el material que lo constituye, diferentes geometrías que presentan los filamentos comerciales), con la medición de su área a través de experimentos ópticos, y asimismo determinar la frecuencia de transmisión del filtro a través de mediciones de difracción por redes.  Posteriormente Dryzek y Ruebenbauer [2] realizan ciertas consideraciones específicas sobre esta forma de implementar el experimento, logrando mejorar la precisión del resultado. Proponen utilizar fotoceldas en vez de fotoresistores para frenar mejor la radiación infrarroja que domina el espectro de un cuerpo negro, y utilizar bulbos de bajo voltaje (luces de automóviles) trabajando con fuentes de voltaje continuo que reducen fluctuaciones. El procedimiento seguido por estos autores requiere determinar la temperatura del filamento, la cual puede medirse calibrando la variación de la resistencia con la temperatura mediante un pirómetro óptico (del cual no siempre se dispone en los laboratorios típicos), o bien como proponen en la ref. [3] a través de considerar una relación empírica para la dependencia de la resistencia del filamento con su temperatura. En este trabajo proponemos un arreglo experimental que además de sortear algunas de las desventajas anteriores, introduce algunas bondades pedagógicas y permite lograr resultados más precisos. Proponemos directamente utilizar un horno eléctrico como fuente de radiación de cuerpo negro, evitando así las consideraciones accesorias que es necesario hacer acerca del filamento. Esta propuesta se encuentra más cercana a la forma en que fue realizado originalmente el experimento, y se asemeja a la forma en la cual se introduce la enseñanza del tema a través de la idea de "cavidad radiante". Otro cambio importante es el uso de un filtro IR fotográfico común, el cual combinado con el sensor de luz, permite seleccionar un rango acotado de longitudes de onda delta-lambda. Introduciendo estos cambios es posible arribar a valores de h más precisos y desarrollar una formulación más clara a nivel conceptual y pedagógico de la experiencia.[1] R.E. Crandall, F. Delord, Am. J. Phys. 51 (1983) 90.                                                    [2] J. Dryzek, K.Ruebenbauer, Am. J. Phys. 60 (1992) 251.               [3] G. Brizuela, A. Juan, Am. J. Phys. 64 (1996) 819.  CallSend SMSCall from mobileAdd to SkypeYou´ll need Skype CreditFree via Skype