Teoria Cuantica de La Materia

8/14/2019 Teoria Cuantica de La Materia

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TEORIA CUANTICA DE LA MATERIA

Antecedentes

La Teora Cuntica es uno de los pilares fundamentales de la Fsica actual. Se trata de unateora que rene un formalismo matemtico y conceptual, y recoge un conjunto de nuevasideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, para dar explicacin a procesoscuya comprensin se hallaba en conflicto con las concepciones fsicas vigentes.

Las ideas que sustentan la Teora Cuntica surgieron, como alternativa al tratar de explicarel comportamiento de sistemas en los que el aparato conceptual de la Fsica Clsica semostraba insuficiente. Es decir, una serie de observaciones empricas cuya explicacin noera abordable a travs de los mtodos existentes, propici la aparicin de las nuevas ideas.

Hay que destacar el fuerte enfrentamiento que surgi entre las ideas de la Fsica Cuntica, yaqullas vlidas hasta entonces, digamos de la Fsica Clsica. Lo cual se agudiza an ms sise tiene en cuenta el notable xito experimental que stas haban mostrado a lo largo delsiglo XIX, apoyndose bsicamente en la mecnica de Newton y la teora electromagnticade Maxwell (1865).

Un caso importante fue el de las dos nubecillas.

Era tal el grado de satisfaccin de la comunidad cientfica que algunos fsicos, entre ellosuno de los ms ilustres del siglo XIX, William Thompson (Lord Kelvin), lleg a afirmar:

Hoy da la Fsica forma, esencialmente, un conjunto perfectamente armonioso, un

conjunto prcticamente acabado! ... Aun quedan dos nubecillas que oscurecen el

esplendor de este conjunto. La primera es el resultado negativo del experimento de

Michelson-Morley. La segunda, las profundas discrepancias entre la experiencia y la Ley

de Rayleigh-Jeans.

La disipacin de la primera de esas dos nubecillas condujo a la creacin de la TeoraEspecial de la Relatividad por Einstein (1905), es decir, al hundimiento de los conceptosabsolutos de espacio y tiempo, propios de la mecnica de Newton, y a la introduccin delrelativismo en la descripcin fsica de la realidad. La segunda nubecilla descarg la

tormenta de las primeras ideas cunticas, debidas al fsico alemn Max Planck (1900).Cronologa de la Teora Cuntica

1900. Hiptesis cuntica de Planck (Premio Nobel de Fsica, 1918). Carcter corpuscularde la radiacin.


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1905. Einstein (Premio Nobel de Fsica, 1921) explica el efecto fotoelctrico aplicando lahiptesis de Planck.

1911. Experimentos de Rutherford, que establecen el modelo planetario tomo, con ncleo(protones) y rbitas externas (electrones).

1913.Modelo atmico de Niels Bohr(Premio Nobel de Fsica, 1922). Tiene en cuenta losresultados de Rutherford, pero aade adems la hiptesis cuntica de Planck. Unacaracterstica esencial del modelo de Bohr es que los electrones pueden ocupar slo unconjunto discontinuo de rbitas y niveles de energa.

1923. Arthrur Comptom (Premio Nobel de Fsica, 1927) presenta una nueva verificacin dela hiptesis de Planck, a travs de la explicacin del efecto que lleva su nombre.

1924. Hiptesis de De Broglie (Premio Nobel de Fsica, 1929). Asocia a cada partculamaterial una onda, de manera complementaria a cmo la hiptesis de Planck dota depropiedades corpusculares a la radiacin.

1925. Werner Heisenberg (Premio Nobel de Fsica, 1932) plantea un formalismomatemtico que permite calcular las magnitudes experimentales asociadas a los estadoscunticos.

1926. Erwin Schrdinger (Premio Nobel de Fsica, 1933) plantea la ecuacin ondulatoriacuyas soluciones son las ondas postuladas tericamente por De Broglie en 1924.

1927. V Congreso Solvay de Fsica, dedicado al tema Electrones y fotones. En l seproduce el debate entre Einstein y Bohr, como defensores de posturas antagnicas, sobrelos problemas interpretativos que plantea la Teora Cuntica.

1928. Experimentos de difraccin de partculas (electrones) que confirman la hiptesis dede Broglie, referente a las propiedades ondulatorias asociadas a las partculas. El fenmenode difraccin es propio de las ondas.

1932. Aparicin del trabajo de fundamentacin de la Teora Cuntica elaborado por elmatemtico Jon von Neumann.

El origen de la Teora Cuntica
http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Rutherforddelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hip%C3%B3tesis_de_De_Brogliehttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_de_Bohrhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hip%C3%B3tesis_de_De_Brogliehttp://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Rutherforddel


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Qu pretenda explicar, de manera tan poco afortunada, la Ley de Rayleigh-Jeans (1899)?Un fenmeno fsico denominado radiacin del cuerpo negro, es decir, el proceso quedescribe la interaccin entre la materia y la radiacin, el modo en que la materiaintercambia energa, emitindola o absorbindola, con una fuente de radiacin. Peroadems de la Ley de Rayleigh-Jeans haba otra ley, la Ley de Wien (1893), que pretendatambin explicar el mismo fenmeno.

La Ley de Wien daba una explicacin experimental correcta si la frecuencia de la radiacines alta, pero fallaba para frecuencias bajas. Por su parte, la Ley de Rayleigh-Jeans daba unaexplicacin experimental correcta si la frecuencia de la radiacin es baja, pero fallaba parafrecuencias altas.

La frecuencia es una de las caractersticas que definen la radiacin, y en general cualquierfenmeno en el que intervengan ondas. Puede interpretarse la frecuencia como el nmerode oscilaciones por unidad de tiempo. Toda la gama de posibles frecuencias para unaradiacin en la Naturaleza se hallan contenidas en el espectro electromagntico, el cual,

segn el valor de la frecuencia elegida determina un tipo u otro de radiacin.

En 1900, Max Planck puso la primera piedra del edificio de la Teora Cuntica. Postul unaley (la Ley de Planckque explicaba de manera unificada la radiacin del cuerpo negro, atravs de todo el espectro de frecuencias.

La hiptesis de Planck

Qu aportaba la ley de Planck que no se hallase ya implcito en las leyes de Wien y deRayleigh-Jeans? Un ingrediente tan importante como novedoso. Tanto que es elresponsable de la primera gran crisis provocada por la Teora Cuntica sobre el marcoconceptual de la Fsica Clsica. sta supona que el intercambio de energa entre laradiacin y la materia ocurra a travs de un proceso continuo, es decir, una radiacin defrecuencia f poda ceder cualquier cantidad de energa al ser absorbida por la materia.

Lo que postul Planck al introducir su ley es que la nica manera de obtener una frmulaexperimentalmente correcta exiga la novedosa y atrevida suposicin de que dichointercambio de energa deba suceder de una manera discontinua, es decir, a travs de laemisin y absorcin de cantidades discretas de energa, que hoy denominamos quantumsde radiacin. La cantidad de energa E propia de un quantum de radiacin de frecuencia f seobtiene mediante la relacin de Planck: E = h x f, siendo h la constante universal de Planck= 662 x 10 (expo-34) (unidades de accin).

Puede entenderse la relacin de Planck diciendo que cualquier radiacin de frecuencia f secomporta como una corriente de partculas, los quantums, cada una de ellas transportandouna energa E = h x f, que pueden ser emitidas o absorbidas por la materia.

La hiptesis de Planck otorga un carcter corpuscular, material, a un fenmenotradicionalmente ondulatorio, como la radiacin. Pero lo que ser ms importante, suponeel paso de una concepcin continuista de la Naturaleza a una discontinuista, que se pone
http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Planck)http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Planck)http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck


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especialmente de manifiesto en el estudio de la estructura de los tomos, en los que loselectrones slo pueden tener un conjunto discreto y discontinuo de valores de energa.

La hiptesis de Planck qued confirmada experimentalmente, no slo en el proceso deradiacin del cuerpo negro, a raz de cuya explicacin surgi, sino tambin en lasexplicaciones del efecto fotoelctrico, debida a Einstein (1905), y del efecto Compton,debida a Arthur Compton (1923).

Marco de aplicacin de la Teora Cuntica

El marco de aplicacin de la Teora Cuntica se limita, casi exclusivamente, a los nivelesatmico, subatmico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero tambin lo esen otros mbitos, como la electrnica (en el diseo de transistores, microprocesadores ytodo tipo de componentes electrnicos), en la fsica de nuevos materiales, (semiconductoresy superconductores), en la fsica de altas energas, en el diseo de instrumentacin mdica(lseres, tomgrafos, etc.), en la criptografa y la computacin cunticas, y en laCosmologa terica del Universo temprano. De manera que la Teora Cuntica se extiende

con xito a contextos muy diferentes, lo que refuerza su validez.

Pero, por qu falla la teora clsica en su intento de explicar los fenmenos del micromundo? No se trata al fin y al cabo de una simple diferencia de escalas entre lo grande y lopequeo, relativa al tamao de los sistemas? La respuesta es negativa. Pensemos que nosiempre resulta posible modelar un mismo sistema a diferentes escalas para estudiar suspropiedades.

Para ver que la variacin de escalas es un proceso con ciertas limitaciones intrnsecas,supongamos que queremos realizar estudios hidrodinmicos relativos al movimiento decorrientes marinas. En determinadas condiciones, podramos realizar un modelo a escala losuficientemente completo, que no dejase fuera factores esenciales del fenmeno. A efectosprcticos una reduccin de escala puede resultar lo suficientemente descriptiva.

Pero si reducimos la escala de manera reiterada pasaremos sucesivamente por situacionesque se correspondern en menor medida con el caso real. Hasta llegar finalmente a lapropia esencia de la materia sometida a estudio, la molcula de agua, que obviamente noadmite un tratamiento hidrodinmico, y habremos de acudir a otro tipo de teora, una teorade tipo molecular. Es decir, en las sucesivas reducciones de escala se han ido perdiendoefectos y procesos generados por el aglutinamiento de las molculas.

De manera similar, puede pensarse que una de las razones por las que la Fsica Clsica noes aplicable a los fenmenos atmicos, es que hemos reducido la escala hasta llegar a un

mbito de la realidad demasiado esencial y se hace necesario, al igual que en el ejemploanterior, un cambio de teora. Y de hecho, as sucede: la Teora Cuntica estudia losaspectos ltimos de la substancia, los constituyentes ms esenciales de la materia (lasdenominadas partculas elementales) y la propia naturaleza de la radiacin.

Cundo entra en juego la Teora Cuntica
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Comptonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Compton


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Debemos asumir, pues, el carcter absoluto de la pequeez de los sistemas a los que seaplica la Teora Cuntica. Es decir, la cualidad pequeo o cuntico deja de ser relativaal tamao del sistema, y adquiere un carcter absoluto. Y qu nos indica si un sistemadebe ser considerado pequeo, y estudiado por medio de la Teora Cuntica? Hay unaregla, un patrn de medida que se encarga de esto, pero no se trata de una reglacalibrada en unidades de longitud, sino en unidades de otra magnitud fsica importantedenominada accin.

La accin es una magnitud fsica, al igual que lo son la longitud, el tiempo, la velocidad, laenerga, la temperatura, la potencia, la corriente elctrica, la fuerza, etc., aunque menosconocida. Y al igual que la temperatura indica la cualidad de fro o caliente del sistema, y lavelocidad su cualidad de reposo o movimiento, la accin indica la cualidad de pequeo(cuntico) o grande (clsico) del sistema. Como la energa, o una longitud, todo sistemaposee tambin una accin que lo caracteriza.

Esta accin caracterstica, A, se obtiene de la siguiente multiplicacin de magnitudes: A =

P x L, donde P representa la cantidad de movimiento caracterstica del sistema (el productode su masa por su velocidad) y L su longitud caracterstica. La unidad de esa regla quemencionbamos, con la que medimos la accin de los sistemas, es la constante de Planck,h. Si el valor de la accin caracterstica del sistema es del orden de la constante de Planckdeberemos utilizar necesariamente la Teora Cuntica a la hora de estudiarlo.

Al contrario, si h es muy pequea comparada con la accin tpica del sistema podremosestudiarlo a travs de los mtodos de la teora clsica. Es decir: Si A es del orden de hdebemos estudiar el sistema segn la Teora Cuntica. Si A es mucho mayor que h,podemos estudiarlo por medio de la Fsica Clsica.

Aspectos esencialmente novedosos de la Teora Cuntica

Los aspectos esencialmente novedosos (no clsicos) que se derivan de la Teora Cunticason:

a) Carcter corpuscular de la radiacin (Hiptesis de Planck).

b) Aspecto ondulatorio de las partculas (Hiptesis de Broglie).

c) Existencia de magnitudes fsicas cuyo espectro de valores es discontinuo. Por ejemplolos niveles de energa del tomo de hidrgeno (Modelo atmico de Bohr).

Implicaciones de a): carcter corpuscular de la radiacin.

Tradicionalmente se haba venido considerando la radiacin como un fenmenoondulatorio. Pero la hiptesis de Planck la considera como una corriente de partculas,quantums. Qu naturaleza tiene, entonces, la radiacin: ondulatoria o corpuscular? Lasdos. Manifiesta un carcter marcadamente dual. Se trata de aspectos que dentro delformalismo cuntico no se excluyen, y se integran en el concepto de quantum.
http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimiento


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El quantum de radiacin puede manifestar propiedades tanto corpusculares comoondulatorias, segn el valor de la frecuencia de la radiacin. Para valores altos de lafrecuencia (en la regin gamma del espectro) predomina el carcter corpuscular. En tantoque para frecuencias bajas (en la regin del espectro que describe las ondas de radio)predomina el aspecto ondulatorio.

Implicaciones de b): carcter ondulatorio de las partculas.

Se comprob en experimentos de difraccin de electrones y neutrones. Lo que ponen demanifiesto estos experimentos es que una clase de onda acompaa el movimiento de laspartculas como responsable del fenmeno de difraccin. De manera que nuevamentetenemos un ejemplo de dualidad entre las propiedades corpusculares y ondulatorias,asociadas en este caso a las partculas.

Pero la aparicin del fenmeno ondulatorio no se produce nicamente a nivelmicroscpico, tambin se manifiesta para objetos macroscpicos, aunque en este caso la

onda asociada tiene una longitud de onda tan pequea que en la prctica es inapreciable yresulta imposible la realizacin de un experimento de difraccin que la ponga demanifiesto.

Implicaciones de c): existencia de magnitudes fsicas discontinuas.

Pone de manifiesto el carcter intrnsecamente discontinuo de la Naturaleza, lo que seevidencia, como ejemplo ms notable, en el espectro de energa de los tomos. A partir dela existencia de estas discontinuidades energticas se explica la estabilidad de la materia.

La probabilidad en la Teora Cuntica

La Teora Cuntica es una teora netamente probabilista. Nos habla de la probabilidad deque un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cundo ocurrirciertamente el suceso en cuestin. La importancia de la probabilidad dentro de suformalismo supuso el punto principal de conflicto entre Einstein y Bohr en el V CongresoSolvay de Fsica de 1927.

Einstein argumentaba que la fuerte presencia de la probabilidad en la Teora Cuntica hacade ella una teora incompleta reemplazable por una hipottica teora mejor, carente depredicciones probabilistas, y por lo tanto determinista. Acu esta opinin en su ya famosafrase, Dios no juega a los dados con el Universo.

La postura de Einstein se basa en que el papel asignado a la probabilidad en la TeoraCuntica es muy distinto del que desempea en la Fsica Clsica. En sta, la probabilidad seconsidera como una medida de la ignorancia del sujeto, por falta de informacin, sobrealgunas propiedades del sistema sometido a estudio. Podramos hablar, entonces, de unvalor subjetivo de la probabilidad. Pero en la Teora Cuntica la probabilidad posee unvalor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de conocimiento del sujeto, sinoque, en cierto modo, lo determina.
http://es.wikipedia.org/wiki/Dualidad_onda_corp%C3%BAsculohttp://es.wikipedia.org/wiki/Determinismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Dualidad_onda_corp%C3%BAsculohttp://es.wikipedia.org/wiki/Determinismo


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En opinin de Einstein, habra que completar la Teora Cuntica introduciendo en suformalismo un conjunto adicional de elementos de realidad (a los que se denominvariables ocultas), supuestamente obviados por la teora, que al ser tenidos en cuentaaportaran la informacin faltante que convertira sus predicciones probabilistas enpredicciones deterministas.

Dos ejemplos: partculas y planetas

Veamos dos ejemplos de accin caracterstica en dos sistemas diferentes, aunque anlogos:

1. El electrn orbitando en torno al ncleo en el nivel ms bajo de energa del tomo dehidrgeno.

Vamos a calcular el orden de magnitud del producto P x L. P representa el producto de lamasa del electrn por su velocidad orbital, esto es P = 10 (exp-31) (masa) x 10 (exp 6)

(velocidad) = 10 (exp-25) (cantidad de movimiento). El valor caracterstico de Lcorresponde al radio de la rbita, esto es, L = 10 (expo-10) (longitud). Realizamos ahora elproducto P x L para hallar la magnitud de la accin caracterstica asociada a este proceso:A1 = P x L = 10 (expo-25) x 10 (expo-10) = 10 (expo-35) (accin).

2. El planeta Jpiter orbitando en torno al Sol (consideramos la rbita circular, parasimplificar).

Para este segundo ejemplo, realizamos clculos anlogos a los anteriores. Primeramente lacantidad de movimiento P, multiplicando la masa de Jpiter por su velocidad orbital: P =10 (expo 26) (masa) x 10 (expo 4) (velocidad) = 10 (expo 30) (cantidad de movimiento).Igualmente, la longitud caracterstica ser la distancia orbital media: L = 10 (expo 11)(longitud). La magnitud de la accin caracterstica en este segundo caso ser: A2 = 10(expo 30) x 10 (expo 11) = 10 (expo 41) (accin).

Si comparamos estos dos resultados con el orden de magnitud de la constante de Plancktenemos:

h = 10 (expo-34)

A1 = 10 (expo -35)

A2 = 10 (expo 41)

Vemos que para el caso 1 (electrn orbitando en un tomo de hidrgeno) la proximidad enlos rdenes de magnitud sugiere un tratamiento cuntico del sistema, que debe estimarsecomo pequeo en el sentido que indicbamos anteriormente, en trminos de la constantede Planck, considerada como patrn de medida. Al contrario, entre el caso 2 (Jpiter enrbita en torno al Sol) y la constante de Planck hay una diferencia de 75 rdenes demagnitud, lo que indica que el sistema es manifiestamente grande, medido en unidadesde h, y no requiere un estudio basado en la Teora Cuntica.


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para arrancarlos del metal (funcin de trabajo) es mayor.

Dispositivo experimental para el efecto fotoelctrico

Los fotones tienen una energa caracterstica determinada por la frecuencia de onda de laluz. Si un tomo absorbe energa de un fotn que tiene mayor energa que la necesaria paraexpulsar un electrn del material y que adems posee una velocidad bien dirigida hacia lasuperficie, entonces el electrn puede ser extrado del material. Si la energa del fotn es

demasiado pequea, el electrn es incapaz de escapar de la superficie del material. Loscambios en la intensidad de la luz no modifican la energa de sus fotones, tan slo elnmero de electrones que pueden escapar de la superficie sobre la que incide y por lo tantola energa de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiacin que lellega, sino de su frecuencia. Si el fotn es absorbido parte de la energa se utiliza paraliberarlo del tomo y el resto contribuye a dotar de energa cintica a la partcula libre.

En principio, todos los electrones son susceptibles de ser emitidos por efecto fotoelctrico.En realidad los que ms salen son los que necesitan menos energa para salir y, de ellos, losms numerosos.

En un aislante (dielctrico), los electrones ms energticos se encuentran en la banda devalencia. En un metal, los electrones ms energticos estn en la banda de conduccin. En

un semiconductor de tipo N, son los electrones de la banda de conduccin que son los msenergticos. En un semiconductor de tipo P tambin, pero hay muy pocos en la banda deconduccin. As que en ese tipo de semiconductor hay que ir a buscar los electrones de labanda de valencia.

A la temperatura ambiente, los electrones ms energticos se encuentran cerca del nivel deFermi (salvo en los semiconductores intrnsecos en los cuales no hay electrones cerca delnivel de Fermi). La energa que hay que dar a un electrn para llevarlo desde el nivel deFermi hasta el exterior del material se llama funcin trabajo, y la frecuencia mnimanecesaria para que un electrn escape del metal recibe el nombre de frecuencia umbral. Elvalor de esa energa es muy variable y depende del material, estado cristalino y, sobre todode las ltimas capas atmicas que recubren la superficie del material. Los metales alcalinos

(sodio, calcio, cesio, etc.) presentan las ms bajas funciones de trabajo. Aun es necesarioque las superficies estn limpias al nivel atmico. Una de la ms grandes dificultades de lasexperiencias de Millikan era que haba que fabricar las superficies de metal en el vaco.

Para analizar el efecto fotoelctrico cuantitativamente utilizando el mtodo derivado porEinstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:

Energa de un fotn absorbido = Energa necesaria para liberar 1 electrn + energa cinticadel electrn emitido.
http://es.wikipedia.org/wiki/Alcalinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sodiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alcalinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sodiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica


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Algebraicamente:

,

que puede tambin escribirse como

.

donde h es la constante de Planck,f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mnima de losfotones para que tenga lugar el efecto fotoelctrico, es la funcin trabajo, o mnimaenerga necesaria para llevar un electrn del nivel de Fermi al exterior del material yEk esla mxima energa cintica de los electrones que se observa experimentalmente.

Nota: Si la energa del fotn (hf) no es mayor que la funcin de trabajo (), ningnelectrn ser emitido.

En algunos materiales esta ecuacin describe el comportamiento del efecto fotoelctrico demanera tan slo aproximada. Esto es as porque el estado de las superficies no es perfecto(contaminacin no uniforme de la superficie externa).

Leyes de la emisin fotoelctrica

1. Para un metal y una frecuencia de radiacin incidente dados, la cantidad defotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luzincidente.

2. Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mnima de radiacin incidentedebajo de la cual ningn fotoelectrn puede ser emitido. Esta frecuencia se llamafrecuencia de corte, tambin conocida como "Frecuencia Umbral".

3. Por encima de la frecuencia de corte, la energa cintica mxima del fotoelectrnemitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de lafrecuencia de la luz incidente.

4. El tiempo de retraso entre la incidencia de la radiacin y la emisin del fotoelectrnes muy pequea, menos que 10-9 segundos.

Efecto fotoelctrico en la actualidad

El efecto fotoelctrico es la base de la produccin de energa elctrica por radiacin solarydel aprovechamiento energtico de la energa solar. El efecto fotoelctrico se utilizatambin para la fabricacin de clulas utilizadas en los detectores de llama de las calderasde las grandes centrales termoelctricas. Este efecto es tambin el principio de

funcionamiento de los sensores utilizados en las cmaras digitales. Tambin se utiliza endiodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las clulas fotovoltaicas y enelectroscopios o electrmetros. En la actualidad los materiales fotosensibles ms utilizadosson, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que producecorrientes elctricas mayores.

ONDAS Y PARTICULAS

En los apartados anteriores se han expuesto propiedades de las ondas mecnicas estudiadas
http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_trabajohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%A9lulas_fotovoltaicas&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planckhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_trabajohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%A9lulas_fotovoltaicas&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Silicio


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materiales mediante ondas longitudinales o de que una escopeta de repeticin puede actuar

como foco de un chorro de perdigones.

Las cosas se complican cuando se somete a este tipo de pruebas a la luz y tambin a

radiaciones formadas por partculas atmicas y/o subatmicas. En estos casos se observan

comportamientos, que la fsica clsica no puede explicar.

La luz se comporta como una onda (no mecnica) que se refracta, se difracta, produce

interferencias al atravesar una rendija doble o mltiple, etc. Pero, la propia luz tambin

acta como un chorro de corpsculos en bastantes procesos en los que sus cuantos de

energa (fotones) interaccionan con partculas subatmicas.

Lo mismo ocurre con las partculas como electrones, protones, etc. En el efectofotoelctrico, por ejemplo, la luz ilumina un metal y sus corpsculos (fotones) empujan

uno a uno a los electrones del metal, que en este proceso se comportan como partculas.

Sin embargo, un haz de estos mismos electrones experimenta difraccin cuando pasa

por un pequeo orificio circular de tamao suficientemente pequeo (dibuja la figura

tpica de difraccin en una pantalla situada detrs del orificio). Tambin dos haces de

electrones producen interferencias en un experimento consistente en hacerlos pasar a

travs de una rendija de tamao adecuado doble o mltiple.

Difraccin de un haz de electrones por unorificio Interpretacin del efecto fotoelctrico.

Ya hemos dicho que para la fsica clsica resulta totalmente contradictorio que una

misma entidad fsica pueda manifestar un comportamiento corpuscular y tambin

ondulatorio. Con el desarrollo de la fsica cuntica, ambos comportamientos, que

parecan contradictorios, se pudieron integrar en un modelo coherente.


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PREGUNTAS

1.-De qu se habla en el ao 1900?

a) hiptesis cuntica de Planck

b) efecto fotoelctrico

c) modelo atmico de Bohr

2.- Qu pretenda explicar, de manera tan poco afortunada, la Ley de Rayleigh-Jeans(1899)?

a) Un fenmeno fsico denominado radiacin del cuerpo negro

b) El efecto fotoelctrico

c) La teora cuntica

3.- Qu aportaba la ley de Planck que no se hallase ya implcito en las leyes de Wien y deRayleigh-Jeans?

a) el modelo atmico de Bohr

b) la teora cuntica

c) el efecto fotoelctrico

4.-Cul es la formula que Einstein hizo para el efecto fotoelctrico?

a) b=hxab) f=mt

c) E=hv

5.-Cuntas leyes son de la emisin fotoelctrica?

a) 6

b) 4

c) 1

6.-en que ao Einstein puedo explicar el efecto foto elctrico?

a) 1905

b) 1930

c) 1910


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7.- Quin gano el premio Nobel de fsica en 1927?

a)Niels Bohr

b) Arthrur Comptom

c) Werner Heisenberg

8.- Quin gano el premion Nobel de fsica en 1933?

a) Werner Heisenberg

b) Arthrur Comptom

c) Erwin Schrdinger

9.- Quin gano el premio nobel de fsica en 1922?

a) Niels Bohr

b) Werner Heisenberg

c) Arthrur Comptom

10.- Quin gano el premio noble de fsica en 1926?

a) Arthrur Comptom

b) Hiptesis de De Broglie

c) Erwin Schrdinger
http://es.wikipedia.org/wiki/Hip%C3%B3tesis_de_De_Brogliehttp://es.wikipedia.org/wiki/Hip%C3%B3tesis_de_De_Broglie


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Respuestas1.- a, 2.- a, 3.-b, 4.- c, 5.- b, 6.- a, 7.- b, 8.- c, 9.- a, 10.- b

BIBLIOGRAFIA

Mario Toboso es Doctor en Ciencias Fsicas por la Universidad de Salamanca y miembro

de la Ctedra Ciencia, Tecnologa y Religin de la Universidad Pontificia Comillas. Editordel Blog Tempus de Tendencias21 y miembro del Consejo Editorial de nuestra revista.WIKIPEDIAWWW.TENDENCIASCIENTIFICAS.COMDepartamento de Fsica y Qumica del IES "Leonardo Da Vinci"

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MXICO
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Colegio de Ciencias y HumanidadesPlantel Vallejo

Titulo:

-Teora Cuntica de la Materia-El Efecto Fotoelctrico de Einstein

-Ondas y Partculas

Nombre:

Gonzlez Villanueva Irving Adrin

Fernando (sobrino), yo y Venus (sobrina)

Profesor:

Roberto Laguna Luna

GRUPO:665

Invierno 2010.


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DEDICATORIA

Este trabajo se los dedico a mis Padres,

a mi Profesor Roberto de Fsica 4, a mis compaeros por que se que algn da estos temaslos tendrn que ver y espero que les sirva de mucho ya que es un trabajo muy biendesarrollado.

Agradezco a todos mis profesores del Plantel porque gracias a lo que ellos me hanenseado he podido concretar este trabajo satisfactoriamente y gracias a la UNAM la mejor

institucin que hay.

I A G V


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ndice.

-Teora cuntica-El efecto Fotoelctrico-Ondas y Partculas

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Teoria Cuantica de La Materia