Cuantica

I.E.S. Al-ándalus. Dpto de Física y Química.

Física 2º Bach.

Tema 8. Física cuántica

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TEMA 8. NATURALEZA DE LA LUZ. DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA.
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5

Naturaleza de la luz; teorías clásicas.
Dificultades de la teoría clásica; radiación térmica, efecto fotoeléctrico, espectros atómicos.
Cuantización de la energía; fotones
Dualidad onda-corpúsculo; hipótesis de De BrogliePrincipio de indeterminación de Heisemberg; límites de validez de la física clásica.

8.1 NATURALEZA DE LA LUZ. TEORÍAS CLÁSICAS
A lo largo de la Historia las ideas sobre la naturaleza de la luz y de las distintas radiaciones ha ido
cambiando. En la antigüedad (Grecia), apenas se describen fenómenos, dando explicaciones a veces místicas,
nada científicas. Los árabes, sobre el s. XI, describen losfenómenos de reflexión y refracción, pero poco más.
Hay que esperar hasta finales del S. XVII para encontrar teorías científicas. Huygens, en 1690, y
Newton, en 1704, exponen teorías contrapuestas:
Huygens: La luz se propaga como una onda mecánica (teoría ondulatoria), a través de un medio ideal,
el éter. Supone que la luz debe experimentar fenómenos de interferencia y difracción, característicos de lasondas. Su velocidad será menor en medios más densos.
Newton: La luz está formada por partículas materiales (teoría corpuscular). No debe producir
interferencia ni difracción. Su velocidad será mayor en medios más densos.
Por razones de prestigio científico, prevaleció la teoría de Newton, dejando olvidada la de Huygens.
Hasta que Young, en 1801, observó la difracción de la luz; y Foucault, en 1855,comprobó que la velocidad de
la luz en el agua es menor que en el aire. Se rescató entonces la teoría ondulatoria como válida.
En 1865, Maxwell, como consecuencia de su teoría electromagnética, llegó a la conclusión de que la
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propagación de los campos E y B como onda electromagnética tenía las mismas características que la luz
(hasta su velocidad). Por lo tanto, la luz fue considerada como unaonda electromagnética transversal, que no
necesitaba ningún medio material para propagarse.
8.2 DIFICULTADES EN LA TEORÍA CLÁSICA: RADIACIÓN TÉRMICA,
FOTOELÉCTRICO Y ESPECTROS ATÓMICOS

EFECTO

A finales del S. XIX, parecía que los conceptos fundamentales en Física estaban perfectamente
determinados. La teoría electromagnética de Maxwell daba cuenta de las interacciones eléctrica y magnética,dando a la luz (a la radiación, en general) un carácter claramente ondulatorio. Sin embargo, existían algunos
fenómenos que no quedaban explicados mediante las llamadas "teorías clásicas". Fenómenos que iban a cambiar
las bases del conocimiento científico. Vamos a estudiar dos de ellos: la radiación térmica y el efecto
fotoeléctrico:

♦ Radiación térmica: (Radiación electromagnética que emite uncuerpo debido a su temperatura)
Cuando calentamos un cuerpo (un trozo de hierro, por ejemplo) observamos que, al aumentar
considerablemente la temperatura, se pone "al rojo", es decir, emite luz de ese color. También el filamento de
una bombilla se pone incandescente al calentarse. Y no sólo a altas temperaturas. A cualquier temperatura se
emite radiación. El cuerpo humano emite radiación infrarroja(no visible) por el hecho de estar a 37 ºC. Un
hecho que se observa es que, a mayor temperatura, la frecuencia de la radiación emitida es mayor (y su λ es
menor).
Para estudiar la radiación térmica se propone un modelo ideal llamado cuerpo negro. Un cuerpo negro
sería aquel capaz de:
- Absorber toda la radiación que incida sobre él (es decir, no reflejaría nada de luz, por lo que se veríacompletamente negro).
- Emitir la mayor cantidad de radiación que pudiera emitir cualquier cuerpo a cualquier temperatura.

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Física 2º Bach.

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Aún siendo algo ideal, una buena aproximación de un cuerpo negro
sería algo parecido a lo que indica la figura 7.1. Una cavidad de paredes
absorbentes con un pequeño agujero al exterior....