Fisica Cuantica

Física Moderna 1.− La física cuántica. Planck y la cuantización de la energía La física clásica había alcanzado a explicar, a finales del s. XIX, todos los problemas que se le habían planteado a lo largo de los siglos. Sin embargo, a principios del s. XX, los descubrimientos empezaron a sucederse; en 1900 Planck estableció las bases para el desarrollo de su teoría cuántica, y poco despuésEinstein elaboró su teoría de la relatividad y de los fotones. El desarrollo de esta nueva Física respondió a la necesidad de explicar varios fenómenos a los que la Física clásica no había encontrado respuesta: el efecto fotoeléctrico, el espectro del cuerpo negro y los espectros de radiación discontinua emitidos por átomos a temperatura elevada. La termodinámica se encarga del estudio del calor, y apartir de 1860, los físicos empiezan a estudiar las radiaciones emitidas por los cuerpos al ser calentados, o la que absorbían cuando se enfriaban. Conforme los cuerpos se iban calentando, cambiaban de color; pasaban del infrarrojo al espectro visible, y cada vez los máximos de energía se alcanzaban a temperaturas más elevadas. Según lo que se creía, al alcanzar el ultravioleta, la energía del cuerposería infinita, pero no fue así; resultó que para esta radiación, los cuerpos se encontraban a aprox. 6000 K, lo cual no es una coincidencia, pues esta es la temperatura en la superficie del sol, y la luz que recibimos del sol alcanza hasta el límite del espectro visible. La imposibilidad de explicar este fenómeno llevó a denominarlo como catástrofe ultravioleta. Se intentaron dar algunasexplicaciones: • Stefan Boltzman expuso una teoría según la cual una superficie, a una determinada temperatura, emite una potencia, según la relación: P=·T4·S • Wien propuso que la longitud de onda máxima para la que se produce mayor emisión de energía es inversamente proporcional a la tempera−tura : máx · T = 2'9 · 10−3 • Rayleigh y Jeans, físicos ingleses, expusieron otra teorías, que explicaba losfenómenos ocurridos en la zona del infrarrojo, pero no en la región ultravioleta. La solución llegó de la mano de Planck, que descubrió que la energía no dependía de la brillantez, sino de la frecuencia; así, propuso que: La energía se emite o se absorbe de modo discontinuo en paquetes o cuantos de energía E=h· Para explicar la curva experimental, supuso que la radiación en el cuerpo negro eraabsorbida o emitida por átomos, iones y moléculas en un cristal, que al vibrar, emiten radiación electromagnética en forma de cuantos. Estableció, además, que: • Los átomos emiten radiación se comportan como osciladores y solo pueden emitir energía en cantidades discreta o cuantificadas • Solo pueden tener energías unas determinadas radiaciones, aquellas que sean múltiplo entero del cuanto elementalE=h·v 1

El significado físico de la h, que Planck no supo interpretar, indica la mínima cantidad de energía térmica capaz de convertirse en luz de frecuencia v 2.− Einstein y el efecto fotoeléctrico Se denomina efecto fotoeléctrico al arranque de electrones de una superficie metálica al incidir sobre ella luz. La luz incide sobre el metal y permite a los electrones externos (de valencia) escapar ala atracción del núcleo. Con este experimento se puso de manifiesto el carácter corpuscular de la luz, establecido por Newton siglos antes. A partir de este hecho experimental, Einstein deduce las siguientes propiedades, por las que se le concede el premio Nobel posteriormente: • El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radicación incidente • Existe una frecuenciaumbral vo , característica de cada metal, por debajo de la cual no se produce arranque de electrones • La energía cinética con la que salen disparados los electrones depende de la diferencia entre la frecuencia v con la que se ilumina y la frecuencia umbral vo. • La emisión de electrones es casi instantánea una vez que se ilumina el metal. La intensidad de la luz representa el número de fotones,...