Física Cuántica
Fenómenos no explicables con la física clásica
Radiación Térmica; catástrofe del ultravioleta
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Espectro continuo de emisión
Mayor máximo con mayor temperatura, pero menor longitud de onda
Ley de Wien 𝜆𝑚𝑎𝑥 · 𝑇 = 2,9 · 10−3 𝑚 · 𝐾
Pero no lo explica en la región ultravioleta
Efecto Fotoeléctrico
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Emisión de electrones por parte de metales cuando se encuentran sometidos a la acción de radiación
electromagnética, ultravioleta o luz visible
Características
o Solo ocurre si se ilumina el metal con una luz de frecuencia mayor a la f0
o Cada metal tiene su propia f0
o Por debajo de la f0 no se produce efecto fotoeléctrico, aunque se aumente la intensidad de la luz
 Esta incumple las leyes de la física clásica, siempre a mayor intensidad mayor corriente
o Por encima de la f0, la corriente aumenta si aumente la intensidad de la luz
Espectros Atómicos
 Cada elemento químico tiene una huella dactilar, es un espectro discontinuo de raya
Nuevos Conceptos
Hipótesis de Plank; cuantización de la energía
 En el cuerpo negro las paredes son osciladores
 Cada oscilador solo puede absorber o emitir energía en forma de radiación, en cantidades proporcionales a
su frecuencia de vibración 𝐸 = ℎ · 𝑓 E: energía | h: cte de plank | f: frecuencia de la radiación
 La energía emitida o absorbida está cuantizada solo se permite emitir o absorber de forma cuantizada
 La energía no puede tomar cualquier valor sino múltiplos enteros de cuanto de energía de valor h·f
 No se manifiesta en sistemas macroscópicos
Teoría de Einstein
 Supone que la luz puede ser considerado como un conjunto de partículas fotones o cuántos de luz
 La luz no es algo continuo sino un conjunto de paquetes, algo discontinuo
 Cuando un fotón choca con un electrón le transfiere su energía, el fotón es absorbido por el electrón
 La energía que lleva el electrón se reparte en
o Extracción del electrón: energía necesaria para vencer la unión del electrón con su núcleo
o Energía cinética con que sale expulsado el electrón
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𝐸 = 𝑊0 + 𝐸𝑐
1
| ℎ · 𝑓 = ℎ · 𝑓0 + 2 · 𝑚 · 𝑣 2
Fotón
o Carga y masa en reposo son nulas y que se mueve continuamente a la velocidad de la luz
o Paquete de Energía de valor E=h·f
 Luz Onda – Luz Partícula
o Presenta aspectos
 ondulatorios (refracción, reflexión) y corpusculares (efecto fotoeléctrico)
o Tiene un comportamiento dual
Espectros discontinuos
 Postulados de Bohr
o Mientras el electrón permanezca en una órbita no emite ni absorbe energía
o La emisión o absorción energía se debe al cambio de orbital
 La diferencia de energía entre dos orbitales es el de la energía de un fotón h·f
o Solo son posibles las órbitas cuyo momento angular es un múltiplo de la constante de Planck
 Explicación Espectro discontinuos
o Con esto dice que la energía del electrón está cuantizada, no puede tomar cualquier valor
o Por lo que la energía de un átomo está también cuantizada
o Y por todo esto se puede explicar los espectros discontinuos
Física Cuántica
Hipótesis de De-Broglie
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Cualquier corpúsculo o trozo de materia se comporta unas veces como materia y otras como onda
Para un fotón según Einstein su energía es E=m· y según Planck E=h·f, las igualamos
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𝜆 = 𝑝 = 𝑚·𝑣 λ: longitud de onda del electrón | h: cte de Planck | m: masa electrón | v: velocidad electrón
ℎ
ℎ
Dualidad onda-corpúsculo
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Todas las partículas materiales presentan comportamiento ondulatorio cuando longitud de onda asociada
es un poco mayor que las dimensiones de los obstáculos
Es a la vez onda y corpúsculo.
En experimentos aparece el aspecto corpuscular: efecto fotoeléctrico y en otros el ondulatorio: reflexión
Microscopio Electrónico
o Lentes magnéticas: bobina por la que circula corriente
o Los electrones traspasan esa bobina y se puede enfocar gracias a la fuerza magnética
Principio de incertidumbre de Heisenberg
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Al medir una magnitud física perturbamos su valor
Debido a la dualidad onda partícula ya no podemos hablar de ubicación exacta sino de su probabilidad
Postulado
o El producto de los errores en la medida simultánea de dos magnitudes asociadas a un fenómeno
físico que dimensionalmente tenga unidades de energía por unidad de tiempo es mayor a h/4π
o
ℎ
∆𝑥 · ∆𝑝 ≥ 4𝜋
ℎ
∆𝐸 · ∆𝑡 ≥ 4𝜋
x: posición | p: cantidad de movimiento | ∆: error en medida | ∆E: energía |∆t: tiempo
Determinismo-probabilidad
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Mecánica Cuántica: Nueva teoría que explique los nuevos resultados
No se trabaja en términos determinísticos sino en términos de probabilidad (probabilidad de posición)
Al asociar una onda a cada partícula debemos hablar de una probabilidad en un punto del espacio (función
de onda) y una ecuación de evolución temporal (ecuación de onda)
Dominio de validez de Física Clásica
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La indeterminación pertenece a la propia materia
El Proceso de medida supone una interacción que modifica el valor de lo que se mide en macro y micro
La Física Clásica tiene validez en el mundo macroscópico
o La cte de Planck es tan pequeña que los errores dados por el principio de incertidumbre son
despreciables
La Mecánica Cuántica es significativa en los problemas microscópico