FÍSICA CUÁNTICA

RADIACIÓN TÉRMICA En las cercanías de un objeto muy caliente, como una estufa o un leño encendido nuestra piel percibe el calor que nos llega en forma de ondas infrarrojas. Pero no sólo los cuerpos muy calientes emiten ondas electromagnéticas: en realidad, todo cuerpo cuya temperatura sea superior al cero absoluto lo hace. Para las temperaturas que percibimos cotidianamente, la mayor parte de la energía se emite en el rango infrarrojo y un poco en el visible. En general, un cuerpo sólido emite todo un espectro de ondas

CUERPOS NEGROS Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro. Es posible estudiar objetos en el laboratorio con comportamiento muy cercano al del cuerpo negro. Para ello se estudia la radiación proveniente de un agujero pequeño en una cámara aislada. La cámara absorbe muy poca energía del exterior, ya que ésta solo puede incidir por el reducido agujero. Sin embargo, la cavidad irradia energía como un cuerpo negro. La luz emitida depende de la temperatura del interior de la cavidad, produciendo el espectro de emisión de un cuerpo negro.

Ley de Stefan-Boltzmann La potencia total P emitida a la temperatura T por una superficie S cumple la Ley de Stefan-Boltzmann: Constante de Stefan-Boltzmann

Ley de desplazamiento de Wien La posición del máximo en el espectro de la radiación del cuerpo negro depende de la temperatura del cuerpo negro y está dado por la ley de desplazamiento de Wien. 

La catástrofe ultravioleta La descripción teórica clásica de este fenómeno se basó inicialmente en la Fórmula de Rayleigh-Jeans que no logra predecir la caída en la intensidad de emisión cuando se pasa a la parte ultravioleta del espectro, tal y como se detalla en la figura. A esto se le llamó la catástrofe del ultravioleta.

Las hipótesis de Planck Los átomos emiten radiación se comportan como osciladores armónicos. Cada oscilador absorbe o emite energía en una cantidad proporcional a su frecuencia de oscilación. Los paquetes de energía h.f se llamaron cuantos

EFECTO FOTOELÉCTRICO El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general) Sólo se produce emisión si la frecuencia de la radiación supera un valor mínimo, llamada frecuencia umbral, propia de cada metal. Si la frecuencia de la luz incidente es mayor que la umbral, el número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente, pero su energía cinética es independiente de esta intensidad. No hay un tiempo de retraso entre el instante que incide la luz y la emisión de electrones.

Medidas del efecto fotoeléctrico Mediante una fuente de potencial variable, tal como se ve en la figura podemos medir la energía cinética máxima de los electrones emitidos. Aplicando una diferencia de potencial V variable entre las placas A y C, podemos obtener un potencial que frene el movimiento de los fotoelectrones emitidos –potencial de corte –. Para un voltaje V determinado, el amperímetro no señala paso de corriente, lo que significa que ni los electrones más rápidos llegan a la placa C. En ese momento la energía potencial de los electrones se hace igual a la energía cinética. Potencial de frenado http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ef_Fotoelectrico/EfectoFotoelectrico_indice.htm http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ef_Fotoelectrico/const_Plank.htm

Teoría cuántica de Einstein Toda la energía emitida por una fuente radiante está cuantizada en paquetes llamados fotones La cantidad de energía de cada fotón viene dada por E=h.f Cada fotón es absorbido por un electrón, y la energía cinética del fotoelectrón es W=trabajo necesario para extraer el electrón del metal. El electrón con menor energía de enlace escapará con una energía cinética máxima dada por la ecuación fotoeléctrica:

¿Qué explicó la Teoría de Einstein? Si la frecuencia de la radiación es inferior a la frecuencia umbral, ningún electrón puede ser extraído, pues los fotones no tendrán la energía mínima para ello. Al duplicar la intensidad de la luz, se duplica el número de fotones, y por tanto la intensidad de corriente. Esto no varía la energía cinética de cada electrón. Como la energía se suministra en paquetes (fotones) no tiene sentido la existencia de un tiempo de retraso. Experimento de Millikan

Mecánica cuántica La radiación electromagnética se comporta en ocasiones como un conjunto de fotones. Esta idea sugiere que existe algún nexo entre partículas y ondas

La idea de De Broglie A De Broglie, aficionado a la música, que los electrones del átomo sólo pudieran tener órbitas relacionadas con un número entero, le recordaba la existencia de los armónicos en un instrumento de cuerda.Conociendo también la doble naturaleza corpuscular-ondulatoria de la luz, postuló que las partículas atómicas poseen también esta doble naturaleza.De esta forma, cada partícula tendría una longitud de onda dada por: Donde h es la constante de Planck y p=m·v es el momento lineal.

Conclusiones sobre la naturaleza ondulatoria de las partículas La hipótesis de De Broglie Toda partícula se porta, en su propagación, como una onda de longitud:               donde p es su momento lineal. Las partículas ya no son pequeñas esferas El lugar donde detectamos una partícula que pasa a través de una rendija depende de si hay otras abiertas alrededor o no. La onda de las partículas subatómicas tiene una extensión espacial apreciable. La función de ondas De la función de ondas dependen los resultados de las magnitudes de la partícula. En particular, su cuadrado mide la probabilidad de encontrar la partícula en un punto y momento dados.