Procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería

Autores

  • Segifredo Luis González Bello Universidad de Holguín

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7941.2021.e59698

Resumo

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.


Biografia do Autor

Segifredo Luis González Bello, Universidad de Holguín

Profesor de Física en el Departamento de Física de la Universidad de Holguín, Cuba. Licenciado en Educación, Especialidad Física. Doctor en Ciencias Pedagógicas. Profesor Titular

Referências

ARIAS, N.; BARACCA, A. ¿Quién propuso la fórmula de Rayleigh-Jeans? Revista LLULL, v. 29, p. 5-18, 2006.

BARACCA, A. The overcoming of the mechanistic world view in Planck's research around 1900: a comparison with the contributions of Boltzmann, Wien, Rayleigh, Einstein. Revista Cubana de Física, v. 26, n. 2A, p. 106-111, 2009.

BASSALO, J. M. F.; CATTANI, M. Sobre a radiação cósmica de fundo de micro-onda. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 34, n. 3, p. 823-863, 2017.

BOYA, L. J. La predicción de la radiación cósmica de fondo. Revista LLULL, v. 16, p. 5-21, 1993.

GARRITZ, A. Hace 90 años recibió el Premio Nobel de Física. Educación Química, v. 19, n. 4, p. 338-340, 2008.

GONZÁLEZ, S. L. Perfeccionamiento de la Metodología de la Enseñanza de la Física Moderna en la Escuela Media Cubana. 1994. 187 p. Tesis (Doctorado en Ciencias Pedagógicas) - Instituto Central de Ciencias Pedagógicas, La Habana.

GONZÁLEZ, S. L. Tratamento didáctico à fórmula do Planck para cursos de engenharias. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DE ENSINO DAS CIÊNCIAS, I, 2017, Lubango. Atas... Lubango: ISCED-Huila, 2017. 1 CD.

GONZÁLEZ, S. L; PÉREZ, N. P. El ciclo del conocimiento científico y su influencia en el desarrollo de capacidades creativas. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 15, n. 1, p. 59-70, 1998.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R; KRANE, K. S. Física. Versión ampliada. 4. ed. México: Compañía Editorial Continental, 1999. 828 p. v. 2.

HERNÁNDEZ, L. A cien años de la publicación del artículo de Einstein sobre los cuantos de luz. Revista Cubana de Física, v. 22, n. 2, p. 95-103, 2005.

KUHN, T. S. La teoría del cuerpo negro y la discontinuidad cuántica 1894-1912. Madrid: Editorial Alianza, S. A, 1987. 283 p.

MARTÍNEZ, I. Termodinámica básica y aplicada. Madrid: Editorial DOSSAT, S. A, 1992. 665 p.

MARTÍNEZ, R. La teoría de la radiación del cuerpo negro. Momento, n. 9, p. 59-75, 1999.

MASTACHE, J. H. Una revisión a la teoría básica del CMB. Cuadernos de Estadística Aplicada, v. 1, n. 2. p. 29-34, 2014.

MAYORGA, A. Planck, Einstein y el nacimiento de la teoría cuántica (1900-1905). Revista de Filosofía de la Universidad de Costa Rica, v. XL, n. 100, p. 145-152, 2002.

MENDOZA, J.; HERNÁNDEZ, H. El nacimiento de una constante. Temas de Ciencia y Tecnología, v. 2, n.4, p. 31-54, 1998.

MUÑOZ, E. L. et al. Comprobación experimental de la ley de Stefan-Boltzmann en la cátedra de Física III de ingeniería de la UNLP. ANALES AFA, v. 24, n .1, p. 29-35, 2012.

NAVARRO, L. Cuantos, fotones y moléculas: un cuarto de siglo de controversias. Monografías de la Real Academia de Ciencias de Zaragoza, n. 27, p. 69-91, 2005.

NAVARRO, L.; PÉREZ, E. Principio de Boltzmann y primeras ideas cuánticas en Einstein. Revista DYNAMIS, v. 22, p. 377-410, 2002.

OTERO, L. E. Einstein y la revolución científica del Siglo XX. Cuadernos de Historia Contemporánea, v. 27, p. 135-177, 2005.

PIRIS, M. Física cuántica. La Habana: Editorial ISCTN, 1999. 350 p.

PLANCK, M. Sobre um aperfeiҫoamento da equaҫão de Wien para o espectro. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 22, n. 4, p. 536-537, 2000a.

PLANCK, M. Sobre a Lei de Distribuição de Energia no Espectro Normal. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 22, n. 4, p. 538-542, 2000b.

RASUMOVSKI, V. G. Desarrollo de las capacidades creadoras de los estudiantes en el proceso de enseñanza de la Física. La Habana: Editorial Pueblo y Educación, 1987. 358 p.

REYES, M. J.; UREÑA, L. A. La radiación del fondo cósmico. Revista Mexicana de Física S, v. 53, n. 4, p. 133-136, 2007.

RIVADULLA, A. La solución revolucionaria de Planck del problema de la radiación del cuerpo negro. In: MATAIX, C.; RIVADULLA, A. Física cuántica y realidad. Madrid: Universidad Complutense de Madrid, 2002. cap. 2. p. 43-56.

SÁNCHEZ , J. M. Historia de la física cuántica: El periodo fundacional (1860¬-1926). Barcelona: Crítica, 2001. v. 1.

SAVALL, F.; DOMÈNECH, J.; MARTÍNEZ, J. La introducción del concepto de fotón en bachillerato. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 2, p. 2404-1-2404-14, 2013.

SECO, L. C. Radiação de corpo negro, lei de Stefan-Boltzmann y lei do Deslocamento de Wien. 2012. 140 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade da Beira Interior, Covilhã.

STUDART, N. A invenҫão do conceito de quantum de energia segundo Planck. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 22, n. 4, p. 523-535, 2000.

Downloads

Publicado

2021-03-25

Como Citar

González Bello, S. L. (2021). Procedimiento didáctico para el estudio de la fórmula de Planck en carreras de ingeniería. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 38(1), 270–292. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2021.e59698

Edição

Seção

Ensino e aprendizagem de Ciências/Física