INTRODUCCIÓN A FÍSICA MODERNA

Tema 9
La crisis de la física clásica:
introducción a la física
moderna
9.1. Algunos fenómenos no explicables según la teoría clásica.
9.2. Nuevos conceptos de la física.
9.3. La física cuántica.

9.1. Algunos fenómenos no explicables según la teoría clásica.
Tras la controversia sobre la naturaleza de la luz que concluyó a finales del siglo XIX
con el establecimiento de la teoríaelectromagnética de la luz, se produjeron una serie de
descubrimientos (la radioactividad por Becquerel en 1896 y el electrón por J. J. Thompson en
1897) que permitieron profundizar en el conocimiento de la estructura de la materia.
Concretamente

se

planteó

el problema

del

mecanismo

por

el

cual la

radiación

electromagnética, y particularmente la luz, era absorbida yemitida por la materia. Hasta el
momento todos los fenómenos físicos habían sido explicados de manera satisfactoria por la
física conocida hasta el momento, la física clásica, pero nuevos hechos experimentales iban a
poner de relieve las limitaciones de ésta y la necesidad de nuevos modelos y teorías. Este fue
el origen de la física cuántica.

9.1.1. Radiación térmica; catástrofe delultravioleta.
Si en una cámara en la que se ha hecho el vacío se sitúan dos cuerpos a diferente
temperatura, se puede comprobar cómo, cuando ha pasado un tiempo, el más caliente se ha
enfriado y el más frío se ha calentado, es decir, ambos cuerpos han intercambiado calor. El
cuerpo más caliente ha debido emitir algún tipo de radiación electromagnética, que es lo único
capaz de propagarse por el vacío,y el otro cuerpo ha debido absorber parte de esa radiación.
Como conclusión la materia debe radiar ondas electromagnéticas simplemente por tener
temperatura. Un cuerpo siempre radia calor en forma de ondas electromagnéticas de modo

Tema 9: Introducción a la física moderna

Física 2º Bachillerato

continuo y al mismo tiempo recibe radiación del medio. Cuando el cuerpo emite la mismacantidad de radiación que la que recibe se dice que el cuerpo está en equilibrio térmico con el
medio y mantiene constante su temperatura. Este tipo de radiación se denomina radiación
térmica.
En temas anteriores se ha estudiado que el color de un objeto se corresponde con la
luz que refleja. Los cuerpos claros reflejan gran cantidad de la radiación que incide sobre ellos
y absorben sólo unapequeña parte de ella, mientras que los cuerpos oscuros reflejan poca
radiación y la absorben casi toda. Para homogeneizar los estudios sobre la radiación que
emiten los cuerpos se toma como patrón de estudio el cuerpo negro. Un cuerpo negro ideal
absorbe toda radiación que sobre él incide y, por lo tanto, debe radiar, en forma de radiación
térmica, todo el espectro electromagnético. Una buenasimulación de un cuerpo negro es una
cavidad de pequeña abertura cuyo interior este formado por materiales muy absorbentes. La
radiación que entra en la cavidad es absorbida prácticamente en su totalidad, por lo que
cuando la cavidad radie energía debido a su temperatura lo hará en todo el espectro
electromagnético.
El modelo clásico de Raileigh-Jeans que explicaba la radiación del cuerpo negrocoincidía bien con los hechos experimentales para bajas frecuencias pero se producía una
fuerte discrepancia para valores elevados de la frecuencia. Este error en la predicción clásica
recibió el nombre de catástrofe del ultravioleta. La física clásica no era capaz de explicar el
comportamiento de la radiación del cuerpo negro.

Energía

Predicción clásica

radiada
Comportamientoexperimental

Frecuencia
Figura 9.1. Discrepancia entre la predicción del modelo clásico
y los hechos experimentales en la radiación del cuerpo negro.

9.1.2. Efecto fotoeléctrico; experimento de Hertz.
Es un hecho experimental que determinados metales emiten electrones cuando incide
sobre ellos una luz de frecuencia adecuada. El número de electrones emitidos aumenta si
aumenta la intensidad...