INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA CUÁNTICA Curso Multimedia de Física. 2º Bachillerato. © Manuel Ruiz Rojas

El Efecto Fotoeléctrico. Teoría de Einstein Isaac Newton (1642-1727) James Clerk Maxwell (1831-1879) Finales del Siglo XIX FENÓMENOS CORPUSCULARES FENÓMENOS ONDULATORIOS EFECTO FOTOELÉCTRICO

El Efecto Fotoeléctrico. Teoría de Einstein Algunos metales emiten electrones cuando son iluminados con luz de frecuencia adecuada Regulador de las calderas de calefacción Encendido automático del alumbrado público Contador de objetos Sonido de las películas Apertura de puertas de ascensores y locales Alarma

El Efecto Fotoeléctrico. Teoría de Einstein Estudio del fenómeno Realizando experimentos con una célula fotoeléctrica se obtienen los siguientes resultados: 1.- Cada metal del cátodo tiene una frecuencia umbral n0, independientemente de la Intensidad Absurdo clásicamente 2.- Para frecuencias mayores que n0 , el número de fotoelectrones es función de I e independiente de n, pero la EC de los electrones no depende de I 3.- La EC máxima de los electrones crece con n 4.- El efecto es instantáneo, por muy baja que sea la intensidad

El Efecto Fotoeléctrico. Teoría de Einstein Albert Einstein (1879-1955) Teoría de Einstein La luz se propaga por el espacio, transportando la energía en paquetes de luz, cuantos de luz, FOTONES, cuya energía viene dada por la expresión: 1.- Cada metal del cátodo tiene una frecuencia umbral n0, independientemente de la Intensidad Cada fotón choca con un electrón, cediéndole toda su energía: 2.- Para frecuencias mayores que n0 , el número de fotoelectrones es función de I e independiente de n, pero la EC de los electrones no depende de I ¡y el efecto se explica fácilmente! 3.- La EC máxima de los electrones crece con n Ejercicio 1 Ejercicio 2 4.- El efecto es instantáneo, por muy baja que sea la intensidad Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejercicio 6 Ejercicio 7

Los Espectros Atómicos En el S. XIX ya se conocía el espectro de diversas sustancias, pero su explicación distaba mucho de ser comprendida... Rayas de emisión del Hidrógeno Balmer 1883 Serie de Balmer Rydberg y Ritz Serie de Paschen Serie de Lyman Serie de Brackett Serie de Pfund ¡Y esto para el Hidrógeno!

Los Espectros Atómicos Ernest Rutherford (1871-1937) Modelo atómico de Rutherford Modelo nuclear de átomo Carga positiva y casi toda la masa Carga negativa, orbitando alrededor del núcleo Las partículas aceleradas irradian energía El electrón colapsa en el núcleo en 10-10s ¡Clásicamente, no existimos!

Los Espectros Atómicos Niels Bohr (1885-1962) Modelo atómico de Bohr Bohr reescribe la fórmula de Rydberg-Ritz... Un átomo, con energía inicial En, puede emitir un fotón de energía hn, quedándose en un estado final, con una energía menor, Em Niveles de Energía cuantizados: Órbitas de momento angular cuantizado: ¡Incomprensible Clásicamente!

Dualidad Onda-Corpúsculo FENÓMENOS CORPUSCULARES FENÓMENOS ONDULATORIOS Luz Luz Dualidad Onda-Corpúsculo Louis de Broglie (1892-1987) Partícula Partícula Toda onda transporta una masa, carácter corpuscular, y toda masa o cuerpo en movimiento tiene una onda asociada, cumpliéndose para ambas la relación: l, longitud de onda asociada de De Broglie Ejercicio 11

Dualidad Onda-Corpúsculo Davisson y Germer, 1927 Difracción de electrones Toda onda transporta una masa, carácter corpuscular, y toda masa o cuerpo en movimiento tiene una onda asociada, cumpliéndose para ambas la relación: l, longitud de onda asociada de De Broglie

Dualidad Onda-Corpúsculo Física Nuclear -Dualidad Onda-Corpúsculo -Espectros atómicos Necesidad de dar respuesta a los retos de la Física CUANTIZACIÓN: Los cuerpos que oscilan sólo pueden tener niveles de energía discretos Mecánica Cuántica Ondulatoria de Schrödinger Mecánica Cuántica Matricial de Heisenberg Mecánica Cuántica Relativista de Dirac

Dualidad Onda-Corpúsculo Física Nuclear Ec. de Schrödinger Y, función de onda o función de probabilidad Pérdida del concepto clásico de trayectoria Principio de Incertidumbre de Heisenberg ¡El carácter ondulatorio y corpuscular no se pueden poner de manifiesto a la vez! Si h tiende a 0, la Física Clásica y Cuántica coinciden

Dualidad Onda-Corpúsculo Física Nuclear Al sumar ondas de distintas frecuencias, el carácter ondulatorio queda indeterminado. Por el contrario, el pequete se localiza en un punto, el carácter corpuscular queda bien definido Dos frecuencias Cinco frecuencias Diez frecuencias Veinte frecuencias

Dualidad Onda-Corpúsculo Física Nuclear Esto explica la dualidad onda-corpúsculo que observamos para la luz y otras partículas elementales. También podemos interpretar, cualitativamente, el modelo atómico de Bohr, sin más que aplicar la condición de interferencia constructiva a la trayectoria circular del electrón en el átomo... pero con lo cual

Dualidad Onda-Corpúsculo Aplicaciones de la Física Nuclear Enorme desarrollo de la Tecnología los últimos 40 años Transistor LÁSER Superconductividad Superfluidez Computación Cuántica Teleportación Ejercicio 12 Ejercicio 13 Ejercicio 14