fisica cuantica

FÍSICA CUÁNTICA
Física de 2º de Bachillerato

Física Cuántica
• Insuficiencia de la Física Clásica
– Teoría de la Radiación Térmica
• Radiación del Cuerpo Negro
– Efecto fotoeléctrico
• Teoría de Einstein
– Los espectros atómicos
• Modelo atómico de Bohr

• Mecánica Cuántica
– Principios de la Mecánica cuántica
• Principio de dualidad onda corpúsculo de De Broglie
• Principio de Incertidumbre deHeisemberg

• Postulados de la Mecánica Cuántica
Física cuántica

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Insuficiencia de la Física Clásica
• Las leyes de la Física Clásica no son válidas cuando se aplican a sistemas
submicroscópicos.
• Tanto la luz como la materia tienen carácter dual, son onda y partícula.
• La Física cuántica se reduce a la Física clásica cuando se aplica a sistemas
de mayores dimensiones.
Tres hechosfundamentales obligan a revisar las leyes de la Física Clásica y
propician el nacimiento de la Física Cuántica

• La teoría de la radiación térmica.
• El efecto fotoeléctrico
• El carácter discontinuo de los espectros atómicos

Física cuántica

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Teoría de la Radiación Térmica
• Radiación térmica: Radiación electromagnética emitida por un cuerpo
caliente
A medida que aumenta la temperatura de un cuerpola radiación emitida se
hace más visible desde el rojo hasta el rojo-blanco. La longitud de onda
decrece con la temperatura.
Cuerpo negro: modelo ideal que es capaz de absorber todas las radiaciones
que le llegan y por tanto emitir todas las longitudes de onda.

La radiación del cuerpo negro sigue las siguientes leyes experimentales:
• Ley de Wien: la longitud de onda, par la cual es máxima laintensidad
emitida, disminuye al aumentar la temperatura max · T 2,9 · 10 3 m ·K

• Ley de Stefen-Bolzmann: La intensidad de radiación emitida por un
cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura
absoluta.
ITotal
·T 4
5,67·10 8 w / m2 K 4
Física cuántica

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Radiación del Cuerpo Negro
Cuerpo ideal capaz de absorber toda la radiación que llega
a él y, por tanto, de emitir todaslas longitudes de onda.

Ley de Wien
I Total

·T 4

Ley de Stefen-Bolzmann
5,67·10

8

La energía total emitida por un cuerpo
negro, por unidad de superficie y por
unidad de tiempo, a una temperatura
determinada , es proporcional a la cuarta
potencia de su temperatura absoluta.

w / m2 K 4

ITotal

max

·T

2,9 · 10

3

m ·K

La longitud de onda, para la cual la
intensidad emitida es máxima,disminuye al aumentar la temperatura.

·T 4

5,67·10

8

w / m2 K 4

• Contradicción con la teoría
clásica: catástrofe ultravioleta.
• Hipótesis de Planck

Física cuántica

E

h f

5

Efecto fotoeléctrico
Emisión de electrones por las superficies metálicas
cuando se iluminan con luz UV

1 2
mv max
2

eV0

- Cuando V <0 i disminuye y se
- Para cada metal una fo
anula para el potencial de
- Solo si f>foi α I.
frenado Vo.
- La Ec aumenta con f no
- Para valores mayores y
con I.
positivos de V la i alcanza un
valor de saturación que aumenta
- la emisión de é es
con la intensidad luminosa..
instantánea.
Física cuántica

- Por encima de fo el
potencial de frenado
aumenta
con
la
frecuencia
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Teoría de Einstein
Las observaciones eran incompatibles con la teoría clásica
- No debería existir unafrecuencia umbral fo

- La Ec tendría que crecer con I.
- La emisión de é no debería ser instantánea.
En 1905 Einstein explica el efecto fotoeléctrico a partir de la teoría de Planck
sobre la radiación térmica. La luz transporta energía en forma de cuantos que
dependen solo de la frecuencia. La energía de un fotón se transmite al electrón
arrancándole de la superficie del metal y comunicándole energíacinética.

hf

W0

1 2
mv
2

hf

Física cuántica

h f0

q V fren

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Los espectros atómicos
• Cuando se suministra energía a los átomos de
un elemento gaseoso emiten radiación
electromagnética, obteniéndose un espectro
discontinuo.
• Los átomos no emiten ni absorben energía en
cualquier frecuencia, solo lo hacen en unas
frecuencias determinadas, siempre las mismas
lo que viene a confirmar la...