Base Experimental de la Teoria Cuantica y Estructura

Atomica

La teoría cuántica, es una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para

describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la

materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que

en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades

discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio

de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no

es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una

partícula subatómica.

ESTRUCTURA ATOMICA

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.- El núcleo es la parte central del átomo

y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es

decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un

neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de

protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número

atómico y se representa con la letra Z.- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se

encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor

del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son

eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el

número atómico también coincide con el número de electrones.

¿Cómo pueden encontrarse los electrones en los átomos de forma que absorban y emitan energía

como cuantos?. Para resolver esta pregunta, Bohr sugirió que los electrones deben hallarse en

órbitas de cierto tamaño, moviéndose a cierta velocidad. Entonces, los electrones deben tener

cierta energía. Si el electrón absorbe energía, se moverá en un orbital de mayor energía y más

alejada del núcleo. Si pierde energía, el electrón se moverá en otra órbita más cercana al núcleo. La

teoría cuántica indujo la idea de que los electrones en las orbitas, tienen una cantidad de energía

(se dice que los electrones se encuentran en ciertos niveles de energía). Bohr aplico estas ideas al

átomo de hidrógeno y calculo matemáticamente cual seria la frecuencia de la radiación emitida por

el hidrógeno, desafortunadamente, esa teoría no funciono también con elementos cuyos átomos

son más complejos que los del hidrógeno. Como resultado del trabajo teórico y experimental, se ha

llegado a desarrollar una representación de la estructura atómica, que explica en forma satisfactoria

los fenómenos químicos. Más que describir al electrón como si se encontrase en un orbital

perfectamente definido, la nueva teoría cuántica sugiere que existen en regiones que se conocen

como capas. Cada capa tiene la capacidad para contener a más de un electrón, aun cuando existe

un límite superior, dependiendo de la capa que sé este considerando. A diferencia de la orbita, una

capa tiene una ubicación menos definida alrededor del núcleo.

UNIDAD 1 "Teoria cuántica y

estructura atómica " l u n e s , 3 d e j u n i o d e 2 0 1 3

Base experimental de la teoría cuántica Base experimental de la teoría cuántica

La teoría cuántica, es una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad

cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las

interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el

físico alemán Max Planck. En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.-

El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los

protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones.

Propuso el modelo ondulatorio, en el que se defendía que la luz no era más que una

perturbación ondulatoria, parecida al sonido, y de tipo mecánico pues necesitaba un

medio material para propagarse. Supuso tres hipótesis: 1.- Todos los puntos de un frente

de ondas eran centros emisores de ondas secundarias; 2.- De todo centro emisor se

propagaban ondas en todas direcciones del espacio con velocidad distinta en cada medio;

3.- Como la luz se propagaba en el vacío y necesitaba un material perfecto sin

rozamiento, se supuso que todo el espacio estaba ocupado por éter, que hacía de soporte

de las ondas.

Es aquel que además absorbe toda la radiación que llega a él sin reflejarla, de tal forma

que sólo emite la correspondiente a su temperatura. A fines del siglo XIX fue posible

medir la radiación de un cuerpo negro con mucha precisión. La intensidad de esta

radiación puede en principio ser calculada utilizando las leyes del

electromagnetismo. Quien logró explicar este fenómeno fue Max Planck, en 1900, que

debió para ello sacrificar los conceptos básicos de la concepción ondulatoria de la

radiación electromagnética. Para resolver la catástrofe era necesario aceptar que la

radiación no es emitida de manera continua sino en cuantos de energía discreta, a los que

llamamos fotones.

Consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace

incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).

La mecánica cuántica es una de las ramas principales de la física, y uno de los más

grandes avances del siglo XX para el conocimiento humano, que explica el

comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el

descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los

transistores, componentes masivamente utilizados, en prácticamente cualquier

aparato que tenga alguna parte funcional electrónica. La mecánica cuántica describe,

en su visión más ortodoxa, cómo cualquier sistema físico, y por lo tanto todo el

universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados, los cuales

habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados

autoestados de vector y valor propio. De esta forma la mecánica cuántica puede

explicar y revelar la existencia del átomo y los misterios de la estructura atómica tal

como hoy son entendidos; fenómenos que la física clásica, o más propiamente la

mecánica clásica, no puede explicar debidamente.

De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella

misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido

mediante teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora

elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica

cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos

(que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría

electrodébil dentro del modelo estándar) y más generalmente, la teoría cuántica de

campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido

cuantificar ha sido la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, los núcleos y las partículas

elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista), pero también en teoría

de la información, criptografía y química.

Las técnicas derivadas de la aplicación de la mecánica cuántica suponen, en mayor o

menor medida, el 30 por ciento del PIB de los Estados Unidos.

TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ Editar 6…

TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ

Propugnada por Christian Huygens en el año 1678,

Describe y explica lo que hoy se considera como leyes de reflexión y refracción. Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. Los físicos de la época consideraban que todas las ondas requerían de algún medio que las transportara en el vacío, así que para las ondas lumínicas se postula como medio a una materia insustancial e invisible a la cual se le llamó “éter”. La presencia del éter fue muy cuestionado, ya que existe una contradicción en cuanto a la presencia del éter como medio de transporte de ondas, ya que se requeriría que éste reuniera alguna característica sólida pero que a su vez no opusiera resistencia al libre tránsito de los cuerpos sólidos.

En aquella época, la teoría de Huygens no fue muy considerada, y tuvo que pasar más de un siglo para que fuera tomada en cuenta la esta teoría. Los experimentos del médico inglés Thomas Young sobre los fenómenos de interferencias luminosas, y los del físico francés Auguste Jean Fresnel sobre la difracción fueron decisivos para que ello ocurriera y se colocara en la tabla de estudios de los físicos sobre la luz, la propuesta realizada por Huygens. Young demostró experimentalmente el hecho paradójico que se daba en la teoría corpuscular de que la suma de dos fuentes luminosas pueden producir menos luminosidad que por separado. En una pantalla negra practica dos minúsculos agujeros muy próximos entre sí: al acercar la pantalla al ojo, la luz de un pequeño y distante foco aparece en forma de anillos alternativamente brillantes y oscuros. ¿Cómo explicar el efecto de ambos agujeros que por separado darían un campo iluminado, y combinados producen sombra en ciertas zonas? Young logra explicar que la alternancia de las franjas por la imagen de las ondas acuáticas. Si las ondas suman sus crestas hallándose en concordancia de fase, la vibración resultante será intensa. Por el contrario, si la cresta de una onda coincide con el valle de la otra, la vibración resultante será nula.

Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros

habituales de cualquier onda:

Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.

Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio.

Frecuencia (f): Número de de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.

Longitud de onda (λ): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.

Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

Algunos de los fenómenos más importantes de la luz se comprenden fácilmente si se

considera que tiene un comportamiento ondulatorio.

Un fenómeno de la luz identificable con su naturaleza ondulatoria es la polarización.

La luz no polarizada está compuesta por ondas que vibran en todos los ángulos, al

llegar a un medio polarizador, sólo las ondas que vibran en un ángulo determinado

consiguen atravesar el medio, al poner otro polarizador a continuación, si el ángulo

que deja pasar el medio coincide con el ángulo de vibración de la onda, la luz pasará

íntegra, si no sólo una parte pasará hasta llegar a un ángulo de 90º entre los dos

polarizadores, donde no pasará nada de luz.

Este efecto, además, permite demostrar el carácter transversal de la luz (sus ondas

vibran en dirección perpendicular a la dirección de propagación).

En 1678, el físico holandés Christiaan Huygens realizó la primera exposición de la llamada "teoría ondulatoria de la luz", la cual establece que la luz está constituida porondas longitudinales (es decir, como esferas que surgen de la fuente luminosa, produciendo un movimiento paralelo a la dirección de propagación de la onda, igual que las ondas del sonido), y que se transmiten en un medio homogeneo.

El aire es un medio homogeneo, porque aunque es un compuesto formado por muchos

elementos, todos ellos están muy bien mezclados, y no se pueden diferenciar a simple vista lo

diversos componentes que lo conforman. Eso lo convierte en un medio ideal para transmitir la

luz.

Pero en los tiempos de Huygens se creía en la existencia del Éter, aquella hipotética sustancia

material, extremadamente ligera, que se suponía ocupaba todos los espacios vacíos.

Para Huygens, la luz era un movimiento vibratorio a través de este hipotético éter, que se

difundía y producía la sensación de luz cuando era captado por el ojo. Con base en esta teoría,

pudo deducir las leyes de la reflexión y la refracción de la luz. Pero no pudo explicar los patrones

de interferencia que se provocan entre sí dos fuentes luminosas y que tienen aspecto de

imagen "acuosa" sobre las superficies iluminadas. Por eso la teoría corpuscular de Newton, que

gozaba de mayor prestigio, tuvo más peso que la teoría ondulatoria de Huygens durante más

de cien años.