Mecánica Cuántica

Introducción Física Moderna   La visión que tiene el hombre acerca del universo, percibida por el medio de sus sentidos, es relativamente restringida. Su experiencia cotidiana se limita por lo común, a los fenómenos que incluyen objetos cuya variedad de tamaños es relativamente grande y las velocidades son pequeñas. La física clásica proporciona medios adecuados y valiosos para el estudio de la física de los objetos comunes a su medio ambiente ordinario. Sin embargo, cuando se investiga el reino de las masas pequeñas (partículas) y velocidades extremadamente rápidas (cercanas a la velocidad de la luz), los efectos relativistas adquieren una gran importancia. Cuando el hombre se aventura por el mundo sub-microscópico, el del átomo, encuentra también fenómenos bastante extraños a su experiencia cotidiana. Nuestro objetivo en este curso, es considerar, con brevedad la naturaleza en la escala atómica.  

Las ONDAS ELECTROMAGNETICAS consisten en la propagación de una doble vibración: de un campo eléctrico (E) y de un campo magnético (H). Estas 2 vibraciones están en fase, tienen direcciones perpendiculares, y se propagan en el vacío a una velocidad de 300.000 Km/s según una dirección perpendicular a los planos de vibración

C= velocidad de la luz = longitud de onda = período  = frecuencia (ciclos/s o Hertz)

RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS Son una forma de propagación de energía a través del espacio sin necesidad de un medio material. Abarcan un espectro muy amplio de tipo de onda, desde las microondas hasta los rayos X y gamma, pasando por la luz visible. Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia y alta energía (mayor a 1 Kev).

Espectro electromagnético MIL MILLONES UN BILLON

Rayos X B R

ELECTRON-VOLTIO Se define 1 ev (electrón voltio) como la cantidad de energía igual a la que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio 1eV = 1.602176462 × 10-19 Joule - + V=1 v Ec = 1 ev ANODO CATODO

Introducción al fotón El experimento de rendija dobles realizado por Thomas Young en 1801, aporta pruebas fidedignas de que la luz visible es de naturaleza ondulatoria. Pero existe otra propiedad de la luz que parece contradecir que ´´ la luz es una onda ´´

El Fotón Es la partícula fundamental de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo rayos gamma. Rayos X, la luz ultra violeta etc.

Propiedades del Fotón No tiene masa Viaja con una velocidad constante c Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción , sin embargo se comporta como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía. Vida media estable No tiene antipartícula Tiene carga eléctrica

La luz como fotón Einstein en 1905 basándose en el trabajo de Planck propuso que la energía E relacionada con un foton es E = hf = hc/ λ En 1917 einstein fue mas allá, y a cada foton le asigno un momento lineal de magnitud p = h/λ En las ecuaciones anteriores f y λ son respectivamente, la frecuencia y la longitud de onda de la luz incidente, h es la constante de planck. h = 6.626 x 10- 34 j.s

Emisión y absorción de fotones Los fotones se emiten en muchos procesos naturales, por ejemplo, cuando se acelera una partícula con carga eléctrica, durante una transición molecular, atómica o nuclear a un nivel de energía más bajo, o cuando se aniquila una partícula con su antipartícula. Los fotones se absorben en los procesos de reversión temporal que se corresponden con los ya mencionados

FOTON = PAQUETE DE ENERGIA Un FOTON es un “paquete” de energía equivalente a una partícula de energía cinética h. E = h .  (h = 4,1356x10-15 eV. s) (h = 6.636x 10-34 J.s) Al interactuar con la materia, una radiación electromagnética de frecuencia determinada () no puede adquirir ni ceder la energía que transporta más que en cantidades discontinuas, que son múltiplos de una cantidad elemental E (cuanto o fotón).

El efecto fotoeléctrico Si dejamos que una luz monocromática iniciada sobre una superficie metálica, los electrones pueden ser arrojados de ella.

El efecto fotoeléctrico Si producimos una diferencia de potencial adecuada entre el emisor y el receptor, podemos recoger los electrones lanzados y medirlos como una corriente fotoeléctrica i en el circuito externo.

1 Encontrar la energía de los fotones que tienen las siguientes longitudes de onda en Joules y eV: 450 nm, 550 nm y 650 nm. 2 ¿Cuáles son las frecuencias de los fotones que tienen las siguientes energías? 1eV, 1 keV 1 MeV.  

3. Una radiación monocromática que tiene una longitud de onda en el vacío de 600 nm y una potencia de 0,54 W. Calcular la energia del foton en J y en eV El número de fotones por segundo que viajan con la radiación. 4 ¿Qué intervalo aproximado de energía ( en eV ) corresponde a los fotones del espectro visible?.

Fin