La siguiente presentación se concibe como un complemento a lo que los alumnos de 6º año estudien sobre Cuántica, en la bibliografía del curso. Posteriormente, en caso de que esta actividad se evalúe en forma positiva, usaría otra presentación para el tema Relatividad, por eso el título refiere al Siglo XX. Me pareció útil incluir simulaciones, que contribuyeran a la modelización y comprensión del fenómeno. Comenzarían a trabajar con ella en forma domiciliaria, de manera individual o con compañeros, y luego se continuaría en clase, todo el grupo junto. Saludos, Estela pd: la fuente usada es Kristen ITC

Dorado y “loco” Siglo XX Einstein Heisenberg Dorado y “loco” Siglo XX Planck De Broglie Profa. Estela Pereyra, 2012

La Física a finales del siglo XIX.... Se había verificado que la energía se transforma y se conserva. El movimiento de las partículas podía describirse con las leyes de Newton, las que junto a su la ley de Gravitación Universal, permitían entender el movimiento de los astros. Los fenómenos electromagnéticos eran explicados con la teoría de Maxwell (síntesis de las leyes del electromagnetismo). Sonido, luz y radiaciones electromagnéticas eran ondas. Electrones, protones, etc, eran partícula Ondas y Partículas se comportaban diferente. En su conjunto, el mundo material se consideraba un lugar muy lógico y comprensible, del que se conocían sus leyes básicas Se pensaba que..... no quedaba nada por hacer 

el mundo: la Física Cuántica y la Teoría de la Relatividad. En el siglo XX nacen, concebidas por jóvenes geniales, dos teorías que sacudieron (....y sacuden aún) nuestra manera de entender Einstein Heisenberg Planck De Broglie el mundo: la Física Cuántica y la Teoría de la Relatividad. Explicar algunos hechos experimentales, como el efecto fotoeléctrico, provocaron la crisis del modelo ondulatorio de la luz. La física clásica, la de nuestro “sentido común”, que nos permitía entender fácilmente que la velocidad de Juan observada por Anita (10km/h) no es la misma que percibe Miguel (15km/h), también se tambalea... si Juan se estuviera desplazando a la velocidad de la luz.!! Empezamos a escuchar ideas como “todo es relativo”, “todo es incierto”, “el tiempo se dilata”, “la longitud se contrae”, “la masa depende de la velocidad”, “masa y energía son equivalentes” ...y comienza el desarrollo de la Física Nuclear y la Electrónica 

La energía está “cuantizada” Max Planck (1858-1947), propuso en 1900 una idea con relación a la energía, que sería el punto de partida de la Mecánica Cuántica: que la energía no se emite de forma continua, sino que, por el contrario se emitía, propagaba y absorbía, de forma discontinua en cantidades discretas. A cada uno de estos “paquetes” de energía les llamó “cuanto” (“fotones”)... y no son todos iguales! Para él este concepto fue un recurso matemático... para que “le cerraran las cuentas”, ¡¡¡no imaginó su impacto posterior!!! Efotón= h . f f= frecuencia h=6,63,10-34J.s Profa. Estela Pereyra

¿QUÉ ES EL EFECTO FOTOELÉCTRICO? Einstein recoge la propuesta de Planck (...la energía está cuantizada, en cantidades variables, llamadas cuantos o fotones), para su explicación del efecto fotoeléctrico. ¿QUÉ ES EL EFECTO FOTOELÉCTRICO? Observa bien la imagen...¿qué ves? El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por parte de un metal cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (en general luz visible o ultravioleta). El efecto fotoeléctrico fue uno de los primeros efectos físicos que puso de manifiesto la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica. La luz viaja, se propaga, como una onda, pero interactúa con la materia comportándose como compuesta por “paquetes” de energía, llamados fotones.

Otra imagen  ¿qué diferencias tiene con la anterior?

Análisis cuantitativo EFOTÓN= Trabajo de Extracción + Ec del electrón OjO ¡Este efecto no se produce siempre! La energía del fotón (por su frecuencia) puede no ser suficiente para realizar el trabajo de extraer al electrón del metal (trabajo que varía según el metal). Analiza: EFECTO FOTOELÉCTRICO Análisis cuantitativo Einstein, 1905 EFOTÓN= h . f Ej: ¿Una cadena de plata libera electrones mientras su dueña pasea al sol por el Prado? Considera que el trabajo de extracción de la plata es de 4,26eV y que la longitud de onda promedio de la luz solar es de 600nm. EFOTÓN= Trabajo de Extracción + Ec del electrón EFOTÓN= Wextr. + Ec

Una aplicación del EFECTO FOTOELÉCTRICO Célula fotoeléctrica (o celda fotovoltaica)

Algunas más 

Las ONDAS MATERIALES mmm... Si ahora resulta que la luz se puede comportar como las partículas....¿podrán las partículas portarse como las ondas? Fig. de interferencia realizada electrón a electrón. Las imágenes fueron tomadas tras el impacto de (a) 10, (b) 200, (c) 6.000, (d) 40.000 y (e) 140.000 electrones. En 1924, De Broglie dijo “SÍ”, cualquier partícula, como por ejemplo un electrón, en determinados experimentos puede comportarse....como una onda!!! Nacieron las ONDAS MATERIALES. A cada partícula “material” le corresponde una onda asociada, de longitud de onda: Ej: ¿Cuál es la longitud de la onda asociada a un electrón (9,1.10-31kg) que se mueva a 5,0.106m/s? ¿Y la de un camión de 4,0 Toneladas a 36km/h? OjO si esto es cierto, debería poder observarse interferencia y difracción de partículas...mira:

De Broglie, ¿hablaba de ondas viajeras o estacionarias? ¿Recuerdas la TEORÍA de los ORBITALES? Representaciones Computacionales

Electrón=Onda Aplicación...Microscopio Electrónico

PRINCIPIO DE INDETERMINACIÓN Heisenberg, en 1927, teniendo en cuenta el carácter dual de la materia, descubrió que era imposible medir simultáneamente algunas magnitudes de un sistema. De hecho, el propio acto de medir ya modifica el sistema que estamos midiendo. Supongamos que queremos conocer posición y velocidad de un electrón. Para poder “verlo” tendría que chocar con él un fotón de luz.....pero esto provocaría un cambio en su velocidad! “Es imposible medir simultáneamente y con precisión la posición y la cantidad de movimiento (p=masa.velocidad) de una partícula” La incertidumbre en la medida cumplirá siempre que: A partir de ahora se reconoce una limitación, una indeterminación en la propia Naturaleza. Las “incertidumbres” ya no dependen sólo del método de medida, sino también del tamaño del sistema a medir.

Formalización matemática de la teoría cuántica: la ecuación de SCHRÖDINGER Un modelo adquiere el estatus de “Teoría” recién cuando logra un soporte matemático, una ecuación que lo sustenta, como por ej. Fn=m.a de Newton. Erwin Schrödinger desarrolló, en 1926, “la” ecuación de la mecánica cuántica, uno de los mayores logros del pensamiento del siglo XX. Él imaginó a cada partícula como resultado estacionario de una superposición de ondas. Su ecuación describe la PROBABILIDAD de encontrar a la partícula en una región. Sin pretender usarla en este curso... En una dimensión, la ecuación de Schrödinger es: Comienza la aplicación de la Probabilidad y la Estadística en Física

Podremos usar la Física Clásica en los casos en los que no sea apreciable el carácter ondulatorio de la materia, es decir cuando el tamaño de la longitud de onda asociada a las partículas sea despreciable frente al tamaño del sistema estudiado (situaciones macroscópicas)...si no es así, debemos recurrir a la Física Cuántica (situaciones microscópicas) Los “fenómenos” físicos se propagan como ondas e interactúan como partículas. Si quieres saber más están muy buenas las simulaciones (Applets) de “Jornadas de la Ciencia” en: www.maloka.org/fisica2000/ Profa. Estela Pereyra