ORIGEN DE LA FÍSICA CUÁNTICA

 
 

RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO

Planck

EN EL AÑO 1900, MAX PLANCK TUVO QUE INTRODUCIR NUEVAS IDEAS EN LA FÍSICA PARA EXPLICAR LA RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO, ES DECIR, PARA EXPLICAR LA LUZ QUE EMITEN LOS CUERPOS A DIFERENTES TEMPERATURAS. ESTAS IDEAS, QUE EN PRINCIPIO SÓLO FUERON ADMITIDAS COMO "APROXIMACIONES TEÓRICAS", DESPUÉS FUERON EL ORIGEN DE LA FÍSICA CUÁNTICA. A ELLO CONTRIBUYÓ DECISIVAMENTE ALBERT EINSTEIN EN 1905.

USE LA SIGUIENTE SIMULACIÓN PARA ENTENDER LOS SIGUIENTES HECHOS:

- EL HORNO DE SU CASA NO EMITE LUZ VISIBLE AUNQUE ESTÉ MUY CALIENTE (470 K). POR ESO USTED SE QUEMA CON LOS OBJETOS CALIENTES DE LA COCINA, NO EMITEN LUZ VISIBLE QUE PUEDA SERVIR COMO SEÑAL

- EL HIERRO CALIENTE NO EMITE LUZ VISIBLE HASTA QUE ALCANZA APROXIMADAMENTE 1300 K. LA LUZ QUE EMITE ES ROJA (EL HIERRO ESTÁ AL ROJO)

- SI EL HIERRO (O CUALQUIER OBJETO) SE SIGUE CALENTANDO (POR EJEMPLO 2000 K) EMITE LUZ MÁS INTENSA Y EL COLOR CAMBIA DE ROJO A BLANCO.

- EL FILAMENTO DE UNA BOMBILLA (3000 K) EMITE LUZ DE COLOR BLANCO.

- EL SOL EMITE LUZ BLANCA (5700 K). TAMBIÉM EMITE PELIGROSA LUZ ULTRAVIOLETA.

ESTOS HECHOS NO PUEDEN EXPLICARSE CON LA TEORÍA CLÁSICA DE LA LUZ, ES DECIR CON LA TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA DE LA LUZ. LA ECUACIÓN DE PLANCK QUE PERMITE OBTENER LA INTENSIDAD DE LA LUZ A UNA CIERTA TEMPERATURA Y LONGITUD DE ONDA INTRODUCE DOS IDEAS REVOLUCIONARIAS:

- LA ENERGÍA DE LOS ÁTOMOS Y LAS MOLÉCULAS SÓLO PUEDE TENER VALORES DISCRETOS. ES DECIR, SÓLO PUEDE TOMAR DETERMINADOS VALORES, NUNCA VALORES CONTINUOS.

- LOS ÁTOMOS O MOLÉCULAS ABSORBEN Y EMITEN ENERGÍA EN CANTIDADES DISCRETAS DE VALOR h·v. EN CONSECUENCIA, LA ENERGÍA EMITIDA POR UN CUERPO ES LA SUMA DE LAS ENERGÍAS DE CADA UNO DE LOS CUENTOS QUE EMITE.

EN OTRAS PALABRAS: LOS ÁTOMOS Y LAS MOLÉCULAS VIBRAN CUANDO ABSORBEN O EMITEN ENERGÍA. LOS ÁTOMOS Y LAS MOLÉCULAS SÓLO PUEDEN VIBRAR CON DETERMINADAS FRECUENCIAS. EL CUANTO DE ENERGÍA EMITIDO POR UN ÁTOMO QUE VIBRA CON UNA FRECUENCIA v SE CALCULA MULTIPLICANDO ESA FRECUENCIA POR UNA CONSTANTE DE VALOR h=6,62·10-34 J.s.

EN SU MOMENTO, ESTA IDEA REVOLUCIONARIA SÓLO FUE TOMADA COMO HIPÓTESIS EXPLICATIVA NUNCA COMO HECHO REAL.

-Densidad

- Estados de agregación de la materia

-Clasificación de la materia

- Mezclas y sustancias puras

- Métodos de separación de mezclas

- ¿Qué es un elemento químico?

- Compuestos químicos

- Moléculas y redes cristalinas

 

EFECTO FOTOELÉCTRICO

EL EFECTO FOTOELÉCTRICO SE PRODUCE CUANDO UN METAL EMITE ELECTRONES AL SER ILUMINADO CON LUZ DE FRECUENCIA ADECUADA. EN LA SIGUIENTE SIMULACIÓN DE PHET PODRÁ COMPRENDER MEJOR EL FENÓMENO. LO CURIOSO DE ÉL ES QUE LA EMISIÓN DE ELECTRONES DEPENDE DE LA FRECUENCIA (COLOR) DE LA LUZ Y NO DE SU INTENSIDAD.

 

LAS CARACTERÍSTICAS DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO FUERON DESCUBIERTAS POR PHILIPP LENARD. SIN EMBARGO, NO FUE EXPLICADO HASTA 1905 POR ALBERT EINSTEIN. PARA ELLO TUVO QUE RECURRIR A LA HIPÓTESIS DE PLANK, HACIENDO QUE PASARA DE "APROXIMACIÓN TEÓRICA" A REALIDAD. EINSTEIN SUPUSO QUE LA LUZ, CUANDO CHOCA CON EL METAL, SE COMPORTA COMO UN CHORRO DE PARTÍCULAS (FOTONES). LOS FOTONES SON LAS PARTÍCULAS DE LUZ, NO TIENEN MASA, SÓLO ENERGÍA Y VIAJAN A 300000 km/s.

SEGÚN EINSTEIN, EL FOTÓN ENTREGA TODA SU ENERGÍA DE UNA VEZ AL ELECTRÓN DEL METAL. SI ESA ENERGÍA ES MAYOR QUE LA ENERGÍA NECESARIA PARA ARRANCARLO (TRABAJO DE EXTRACCIÓN O ENERGÍA UMBRAL), EL ELECTRÓN SALDRÁ DISPARADO CON CIERTA ENERGÍA CINÉTICA.

LA EXPLICACIÓN DE EINSTEIN DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO PONÍA DE MANIFIESTO QUE LA ENERGÍA DE LA LUZ SE PRESENTABA EN FORMA DE CUANTOS (FOTONES), TAL COMO HABÍA PREDICHO PLANCK. NO ERA UNA SIMPLE HIPÓTESIS, ERA UNA REALIDAD. ESTE HECHO ENTRABA EN CONTRADICCIÓN CON LA IDEA IMPERANTE DESDE EL SIGLO XIX: LA LUZ ERA UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA. ¿QUÉ ERA LA LUZ?

 

LA LUZ TIENE UN COMPORTAMIENTO DUAL. HAY FENÓMENOS DONDE SE COMPORTA COMO ONDA ELECTROMAGNÉTICA Y HAY FENÓMENOS DONDE SE COMPORTA COMO UN CHORRO DE PARTÍCULAS

DURANTE EL PRIMER CUARTO DEL SIGLO XX SE DESCUBRIERON NUEVOS FENÓMENOS QUE PONÍAN DE MANIFIESTO QUE A NIVEL ATÓMICO OCURRÍAN FENÓMENOS QUE NO SE PODÍAN EXPLICAR CON LA FÍSICA CLÁSICA. ENTRE ELLOS LOS MÁS RELEVANTES FUERON LA DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA DE LAS PARTICULAS (YA ANTES SE HABÍA DEMOSTRADO PARA LA LUZ: EINSTEIN) Y EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE.

LA DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA GENERALIZADA POR LOUIS DE BROGLIE VIENE A DEMOSTRAR QUE A NIVEL ATÓMICO LOS ENTES QUE SIEMPRE HABÍAMOS CONSIDERADO COMO PARTÍCULAS SE COMPORTABAN COMO ONDAS. EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG DEMUESTRA QUE A NIVEL ATÓMICO LA MEDIDA DE LAS MAGNITUDES SÓLO SE PUEDE HACER CON CIERTO NIVEL DE INCERTIDUMBRE, SÓLO PODEMOS CONOCER LA PROBABILIDAD DE QUE ALGO OCURRA. EL NIVEL CUÁNTICO ES ESENCIALMENTE CAÓTICO.

ESTA NATURALEZA CAÓTICA DEL MUNDO CUÁNTICO FUE RECHAZADA POR EINSTEIN. SU FRASE "DIOS NO JUEGA A LOS DADOS" LA RESUME. SIN EMBARGO, LA FÍSICA CUÁNTICA HA DEMOSTRADO SU CONSISTENCIA Y HOY DÍA ES UNA DE LAS TEORÍAS FÍSICAS MEJOR ESTABLECIDA.

COMPARACIÓN ENTRE LAS FÍSICAS CLÁSICA Y CUÁNTICA

¿QUÉ HUBIESE OCURRIDO SI GALILEO HUBIERA HECHO SU FAMOSO EXPERIMENTO DE PISA EN UN MUNDO CUÁNTICO?

EN NUESTRO MUNDO DE LA FÍSICA CLÁSICA LA BOLA SALIÓ DE LA MANO DE GALILEO Y LLEGÓ AL SUELO DESPUÉS DE PASAR POR TODOS LOS PUNTOS INTERMEDIOS. LA ENERGÍA DE LA BOLA ADQUIRIÓ TODOS LOS VALORES INTERMEDIOS ENTRE EL INICIAL Y EL FINAL.

EN UN MUNDO CUÁNTICO, LA BOLA SALDRÍA DE LA MANO DE GALILEO, DESAPARECERÍA Y VOLVERÍA A APARECER EN ALGÚN PUNTO MÁS ABAJO, A CONTINUACIÓN VOLVERÍA A DESAPARECER Y APARECERÍA EN ALGÚN PUNTO MÁS ABAJO, .... ES DECIR LA BOLA SÓLO PUEDE EXISTIR EN CIERTOS PUNTOS MIENTRAS CAE. LA ENERGÍA DE LA BOLA SÓLO PODRÍA TOMAR DETERMINADOS VALORES. LA BOLA SÓLO PODRÍA EXISTIR EN LOS LUGARES EN LOS QUE SU ENERGÍA COINCIDIERA CON ESOS VALORES. EN EL MUNDO CUÁNTICO LA ENERGÍA ESTÁ CUANTIZADA.

 

Chemistry Libre Texts

Capítulo 1

Physical vs. Chemical Change

Classification of Matter

Mixtures and Compounds

Paper Chromatography of Ink

Phases of Water

Capítulo 2

Alpha, Beta, and Gamma Rays

Rutherford Experiment

Atomic Notation

Isotopes

Mass Spectrometer

Trabajando con CURSO DE INTRODUCCION EN QUIMICA GENERAL (Universidad Valladolid)

Nomenclatura

Estructura atómica

Propiedades periódicas

Estequiometría

Test

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Inorgánica

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Orgánica

Trabajando con 100ciaquimica

PHET (QUÍMICA GENERAL)

IOWA University (Simulations)

Delights of Chemistry

Educaplus

Libro del Web de Química del NIST

Laboratorio virtual ChemCollective

Mineralogy database

Phase Diagrams & Computational Thermodynamics

INICIACIÓN INTERACTIVA A LA MATERIA

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Introductory Chemistry v.1 (cap 1)

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