fisica moderna

Capítulo

17

FÍSICA
MODERNA
INTRODUCCIÓN
La Física Moderna aparece a fines del siglo XIX con el descubrimiento de la Teoría Cuántica y la Teoría de la Relatividad.
Surge como consecuencia de la inexplicabilidad de ciertos fenómenos con la aplicación de las leyes de la Física Clásica (Newtoniana);
así si analizamos una partícula cuya velocidad es tan grande como la
de la luz, la Físicaclásica falla. Si se analiza microscópicamente las
partículas de un átomo, también falla.
Surgieron entonces grandes científicos que dieron un gran avance a
la ciencia: Albert Einstein, Max Planck, Niels Bohr, entre otros.

TEORÍA CUÁNTICA
Es aquella que se encarga de estudiar la cuantificación de la energía
(cuantum) o paquetes de energía.
La revolución de está teoría consiste endescubrir que la energía existe
en forma discreta y no en forma contínua.
Analogía

Los granos de maíz se pueden cuantificar, es decir, existe un elemento mínimo, el grano, luego se puede contar: 1, 2, 3, 4......., n granos (forma discreta).

La cantidad de agua varía en forma contínua (aparentemente).

Uno de los pioneros de esta teoría fue el Físico alemán Max Planck
(1 858 – 1 947). Elanálisis científico se explica a continuación:
Si se dirige un rayo de luz de un cuerpo incandescente hasta un prisma,
se formaría un espectro de luz aparentemente contínuo. El cuerpo caliente, emite radiaciones que dan un aspecto contínuo, sin embargo, la
luz emitida no es uniforme, pues depende de:
−
−

La naturaleza química
Y de la temperatura del cuerpo.

Jorge Mendoza Dueñas

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Ahora;para que la luz emitida sea uniforme a una
determinada temperatura independiente de la naturaleza química del cuerpo, se hizo uso del cuerpo negro.

Planck llevó a cabo varios modelos matemáticos, de
los cuales la única manera de llegar a la misma respuesta experimental era asumiendo que un oscilador
podría emitir sólo ciertas energías, es decir, que son
múltiplos de hf (h = cte de Planck),f = frecuencia.
En síntesis, la energía de un oscilador puede ser:
0, 1hf, 2hf, 3hf,................,nhf
E = nhf
n = # entero
h = 6,6×10−34 Joule-s
E = energía

Cuando el cuerpo negro es calentado hasta alcanzar una temperatura suficienel cuerpo negro es calentado hasta alcanzar una temperatura suficientemente elevada, éste emiteuniforme.
temente elevada, este emite luz luz uniforme.Algunos científicos utilizando el montaje de la figura midieron experimentalmente la intensidad
contenida en cada región del espectro, obteniendo diversas curvas entre las cuales podemos citar.

En otras palabras, la emisión de energía por estos
electrones está CUANTIFICADA o dividida en PAQUETES cada una con magnitud hf (CUANTUM), por
ende, el cambio de energía no ocurre gradual ycontínuamente, sino en saltos y súbitamente. (Un
gran descubrimiento).

Cuerpo Negro
T = 250 K

T = 10 000 K

Llegando a varias conclusiones, entre ellas:
Cuando la temperatura del cuerpo negro aumenta, fmax aumenta cumpliendo:

fmax
= cte
T
Por otro lado; los trabajos de Maxwell y Hertz llevaron a Max Planck a afirmar que la radiación se origina en cada electrón que oscila con una frecuenciaf dada (osciladores eléctricos microscópicos).

Es aquel que absorbe en un 100% toda radiación
que cae sobre él, y no refleja nada.
Un modelo ideal
de cuerpo negro
es una esfera de
hierro con un orificio muy pequeño a través del
cual se puede ver
su interior.
En la figura se observa que una radiación ingresa a la esfera hueca; ésta se refleja varias veces
hasta que al final esabsorvido totalmente.
También sería preferible llamarlo radiador integral, en lugar de cuerpo negro, porque a temperatura suficientemente elevada, el cuerpo negro emite “Luz uniforme”, lo cual contrasta con
su nombre.

EFECTO FOTOELÉCTRICO
Es aquel fenómeno en el cual, ciertas placas metálicas emiten electrones cuando se someten a la acción de la luz.
El fenómeno se hace más acentuado cuando las...