TEORIA CUANTICA

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.

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.

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.

• El efecto fotoeléctrico

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

se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:• Fotoconductividad: es el aumento de la

conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.

• Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

Un diagrama ilustrando la emisión de los electrones de una placa metálica, requiriendo de la energía que es absorbida de un fotón

• El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón de rayos X cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía.

• La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende únicamente de la dirección de dispersión.

• El Efecto Compton fue estudiado por el físico Arthur Compton en 1923, quién pudo explicarlo utilizando la noción cuántica de la radiación electromagnética como cuantos de energía y la mecánica relativista de Einstein.

• Einstein propone que la cuantización es una propiedad intrínseca de la luz y no de los osciladores como había pensado Planck.

• En este nuevo modelo, la luz es una onda electromagnética, tal como lo propuso Maxwell, sólo que en lugar de tratarse de una onda continua se encuentra modulada en paquetes de energía.

• Esto implica una dualidad de características pues, a pesar de ser una onda, al estar localizada en el espacio y poseer una energía definida, presenta características similares a las de las partículas.

EL CUANTO DE PLANCK

• Plank comenzó a trabajar en el problema de la emisividad del cuerpo negro.

• Convencido de que la radiación del cuerpo negro no depende de la naturaleza de las paredes sino, tan sólo, de su temperatura, Planck atacó el problema imaginando que la absorción y emisión de radiación se realizaban a través de osciladores.

cuerpo negro

• Es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él.

• Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro.

• A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética.

• El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.

• Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor.

• La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia)..

• Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley de Planck.

Naturaleza ondulatoria de la materia

• Según la teoría de Newton, la luz consistiría en una serie de corpúsculos capaces de atravesar los objetos transparentes y de ser reflejados por los materiales opacos.

• Esta teoría es capaz de explicar tanto los fenómenos de reflexión y refracción como la propagación de la luz en el vacío.

• Sin embargo es completamente incapaz de explicar fenómenos como las interferencias, la difracción y la polarización

• En 1925, Louis de Broglie propuso que, así como las ondas tenían un comportamiento corpuscular (partículas), las partículas también tendrían un comportamiento ondulatorio.

• Las ondas vienen caracterizadas por su longitud de onda, l, mientras que las partículas vienen caracterizadas por su momento lineal (también llamado cantidad de movimiento) p = m v, siendo m la masa de la partícula y v su velocidad. Como las ondas de luz tienen un comportamiento corpuscular, puede calcularse su momento lineal utilizando la ecuación propuesta por Einstein p= E/c

en donde E es la energía y c la velocidad de la luz.

COMPORTAMIENTO CORPUSCULAR DE LA LUZ

• Fue el físico inglés Isaac Newton (1643-1727) quien en el año 1704 publico sus estudios de la luz estableciendo una de las primeras teorías científicas intentando explicar el comportamiento y la naturaleza de la luz, para esto Newton tomo en cuenta las siguientes evidencias:

• 1) Cuando un obstáculo se interpone en el camino de la luz se producen sombras (ausencia de luz).

• 2) Las sombras de los objetos mantienen la forma de ellos, por lo que la luz se propaga en linea recta.

• 3) La luz puede reflejarse rebotando en los objetos, lo que nos permite ver objetos que no emiten luz propia.

• A partir de estas tres evidencias Newton formuló su Teoría Corpuscular, la que establecía que la luz estaba formada por pequeñas partículas (corpúsculos) que eran emitidas desde las fuentes luminosas, y que estas partículas viajaban en linea recta a muy alta velocidad

CUANTIZACION DE LA ENERGIA

• Nos muestra que los átomos absorben energía en pequeñas porciones o cuantos de energía, confirmando los postulados de Bohr.

• Mediante una simulación se tratará de explicar las características esenciales de este sencillo experimento, observando el movimiento de los electrones y sus choques con los átomos de mercurio, e investigando el comportamiento de la corriente Ic con la diferencia de potencial U que se establece entre el cátodo y la rejilla

Dualidad onda-partícula

• De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula.

• Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.

• Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”. (Stephen Hawking, 2001)

dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas