FÍSICA DE SEMICONDUCTORES Espectros Atómicos Universidad Nacional de Colombia Julián David Valbuena Godoy 2 de Junio del 2015

Muestre un gráfico que representa un Espectro Electromagnético amplio.

Espectro electromagnético El espectro electromagnético es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto. El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.

Rango de espectro El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja. Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente. Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma. El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras).

Tipos de radiación Radiofrecuencia (< 300 MHz) Microondas (300 MHz – 300 GHz) Radiación infrarroja (300 GHz – 400 THz) Radiación visible (Luz) (400THz – 800 THz) Luz ultravioleta (800 THz – 30 PHz) Rayos X (30 PHz – 30 EHz) Rayos gamma (> 30 EHz)

Qué son Espectros de Emisión Los producidos por excitaciones como campos eléctricos externos Requiere electrodos y una fuente de voltaje externa El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido.

Qué son los Espectros de Absorción Los producidos radiación que impacta los átomos en estudio Requiere una fuente de luz El espectro de absorción de un material muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un material absorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos.

Series de Balmer Una serie de Balmer es el conjunto de rayas que resultan de la emisión del átomo de hidrógeno cuando un electrón transita desde un nivel n ≥ 3 a n = 2 (donde n representa el número cuántico principal referente al nivel de energía del electrón). Las transiciones son denominadas secuencialmente por letras griegas: desde n = 3 a n = 2 es llamada H-alpha, 4 a 2 es H-beta, 5 a 2 es H-gamma, etc. La longitud de onda, para cada línea de Balmer, se puede calcular mediante la formula de Rydberg: Donde 𝑅 𝐻 es la constante de Rydberg para el hidrógeno (aproximadamente 109 677 𝑐𝑚 −1 , l=2 y m un numero entero mayor que 2. 1 𝜆 = 𝑅 𝐻 1 𝑙 2 − 1 𝑚 2

Problema Calcule los tres primeros niveles de energía para un electrón en una celda cuántica de 12 Armstrong con infinitas paredes. Como Ecuación general tenemos que: Ya solo basta con reemplazar con n: 𝐸 𝑛 = 𝑛 2 𝜋 2 𝒽 2 2𝑚𝐿 2 = (6,63× 10 −34 ) 2 8∗9,11×10 −31 ∗ ( 12 −9 ) 2 ∗ 𝑛 2 =1,6057× 10 −18 ∗ 𝑛 2 Julios 𝐸 1 = 1,6057×10 −18 Julios 𝐸 2 = 6,423×10 −18 Julios 𝐸 3 = 14,4518×10 −18 Julios