Resumen de Procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería
- español
En este artículo se analiza la ley de distribución de energía en el espectro de la radiación del cuerpo negro, y la fórmula de Planck que la sintetiza, un descubrimiento revolucionario, que marca el nacimiento de la teoría cuántica. Se propone un procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería, siguiendo la secuencia del ciclo de la creación científica: Hechos → Modelo-hipótesis → Consecuencias → Verificación experimental. Se ejemplifican los pasos metodológicos y los elementos esenciales de la idea básica de la cuantización de la energía, con notas históricas que facilitan la comprensión del fenómeno estudiado y el papel que jugaron los científicos en su determinación. Se consideran hechos iniciales: Las leyes de Kirchhoff, Stefan-Boltzmann y Wien, además de la fórmula de Rayleigh-Jeans y se desarrollan las ideas fundamentales que permitieron a Planck encontrar la solución teórica, que culmina en 1900 con la propuesta del cuanto de acción, expresado por la constante h que lleva su nombre. De la fórmula de Planck, se deducen las leyes antecedentes y se obtienen otras relaciones de importancia para la física y la química. Para cerrar el ciclo de la creación científica, se realiza la verificación experimental, con la medición de la radiación de fondo cósmico, que se comporta como la radiación de un cuerpo negro a una temperatura de 2,73 K. Se concluye con ejemplos de aplicaciones de la radiación térmica, que involucran algunos conceptos básicos de la elaboración teórica de Planck: Energía solar, recubrimientos térmicos y pirometría.
- English
This article proposes a didactic procedure for teaching Planck's formula in engineering majors, following the cyclic sequence: Initial facts → Model-hypothesis → Logical consequences → Experimental verification. The essential elements of the quantization of energy are analyzed, with historical notes that facilitate the understanding of the phenomenon of thermal radiation, and the role that scientists played in its explanation. Initial facts in the exemplified cycle are considered, the laws of Kirchhoff, Stefan-Boltzmann and Wien, in addition to the Rayleigh-Jeans formula, and the fundamental approaches that allowed Planck to propose his hypothesis to find the theoretical solution to distribution are specified of energy in the spectrum of black body radiation, which culminates in 1900 with the proposal of the quantum of action, expressed by the universal constant h that bears his name. Once Planck's formula has been obtained, the facts that served as the basis, as particular cases, are deduced from it as logical consequences, and other relationships of importance for physics and chemistry are obtained. To close the cycle, the experimental verification is performed, taking as an empirical fact the measurement of cosmic background radiation, which behaves like the radiation of a black body at a temperature of 2.73 K. It concludes with examples of practical applications of thermal radiation, which involve some basic concepts of the theoretical elaboration of Planck: Solar energy, thermal covering and pyrometry.
