Tema 2. Física cuántica Resumen

Radiación térmica Un cuerpo aislado emite energía en forma de radiación térmica. Cuando la radiación emitida sólo depende de la temperatura, el cuerpo es un radiador ideal que se denomina cuerpo negro La radiación del cuerpo negro cumple las siguientes leyes empíricas: Ley de Wien λmáx ∙ T = 2,9 ∙ 10-3 m K Ley de Stefan-Boltzmann Etotal = σ ∙ T4 Según Planck la energía emitida por un cuerpo negro no es continua, sino que está formada por paquetes de energía, los "cuantos" de radiación. La energía absorbida o emitida es proporcional a la frecuencia:   Eo = h Donde h es la constante de Planck, h = 6,626 · 10-34 J·s

Efecto fotoeléctrico Este fenómeno, estudiado por Lenard, consiste en una emisión de electrones arrancados de la superficie de un metal por la luz incidente. El efecto fotoeléctrico se produce cuando la frecuencia de la luz incidente supera una frecuencia umbral. Para frecuencias superiores a la frecuencia umbral, la energía cinética máxima es independiente de la intensidad de la luz. El efecto fotoeléctrico se produce instantáneamente, Hipótesis de Einstein:   Cuando la luz se propaga lo hace en forma de fotones. La energía de cada fotón es:   Cuando la energía de los fotones de la luz incidente es mayor que el trabajo de extracción, la energía sobrante se convierte en energía cinética del electrón una vez extraído del metal. Es decir: O en función de la frecuencia,

Espectros atómicos. Modelo atómico de Bohr Cada elemento tiene un espectro característico, éste está relacionado con la estructura de los átomos que constituyen el elemento. Modelo de Bohr, postulados: El electrón describe órbitas estacionarias sin absorber ni emitir energía. Las órbitas están cuantizadas. El electrón en cada órbita se caracteriza por tener el momento angular cuantizado, de modo que:   Una consecuencia de este postulado es que el radio de la órbita no puede ser cualquiera, solo puede tener los valores que se deducen de   El electrón solo puede cambiar de órbita absorbiendo o emitiendo energía en forma de cuantos de radiación, de modo que la energía del cuanto es la diferencia de energías entre las dos órbitas estacionarias:            . 4

Mecánica cuántica. Dualidad onda-corpúsculo En 1919, Albert Einstein propuso para el momento lineal ( ) de los fotones la relación: donde se relacionan una propiedad ondulatoria, la longitud de onda , con una corpuscular, el momento lineal . Hipótesis de De Broglie Toda partícula de masa , que se mueve con velocidad , tiene asociada una longitud de onda , tal que: Así pues, un electrón posee un momento lineal asociado con su longitud de onda y una energía relacionada con su frecuencia

Mecánica cuántica. Principio de Incertidumbre En 1927, Werner Heisenberg enunció su principio de indeterminación o incertidumbre, según el cual no pueden determinarse simultáneamente la posición y el momento lineal del electrón. Una consecuencia de la dualidad onda-corpúsculo. En la Mecánica cuántica se describe el estado de un sistema mediante una función de onda Esta función de onda es la solución de la ecuación de Schrödinger que rige la evolución temporal del sistema: La mecánica cuántica no asigna valores definidos a las magnitudes físicas sino que hace predicciones sobre sus distribuciones de probabilidad.