Dos hechos que no explicó la Física Clásica

Efecto fotoeléctrico y la “catástrofe ultravioleta”.

Efecto Fotoeléctrico

La teoría clásica ondulatoria de la luz no consigue explicar los siguientes aspectos observados experimentalmente:

• La energía de los electrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente.
• Los electrones se emiten de forma instantánea a la llegada de la luz.
• La energía de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz incidente y existe un valor de la frecuencia denominada frecuencia umbral que depende del tipo de metal, por debajo de la cual no existe emisión de electrones.

+ AÑADIR LO OTRO (teoría efecto fotoeléctrico).

Catástrofe Ultravioleta

Catástrofe ultravioleta: Rayleigh y James H. Jeans, describieron la radiación del cuerpo negro, y obtuvieron una expresión matemática en la que la energía de la radiación disminuye al aumentar la longitud de onda. Según los resultados experimentales, sin embargo, se mostró que la energía tiende a cero para longitudes de onda muy pequeñas, como las del ultravioleta. A finales de ese mismo año, Planck planteó su solución a este error mediante su hipótesis, que nos dice: (teoría hipótesis)

Hipótesis de Planck

Para explicar la distribución de energía de la radiación emitida por los cuerpos al ser calentados (emisión del cuerpo negro) Max Planck propuso que la materia sólo podía emitir o absorber energía en forma de pequeños paquetes indivisibles a los que llamó cuantos de energía. Esto significaba que las variaciones de energía se producían pequeños saltos, de forma discontinua.

• Los átomos que emiten la radiación se comportan como osciladores armónicos.
• Cada oscilador absorbe o emite energía de la radiación en una cantidad proporcional a su frecuencia de oscilación f: -> E= hf

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.

El trabajo de extracción de un metal es la energía necesaria para comunicar al metal para arrancar un electrón del mismo.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal cuando sobre su superficie incide una radiación electromagnética de determinada longitud de onda.

Características del Efecto Fotoeléctrico

Características:

• No se produce emisión de electrones cuando la frecuencia de la radiación está por debajo de un valor, frecuencia umbral, que además depende del tipo de metal. Incluso cuando se aumenta la intensidad de la radiación, si la frecuencia está por debajo de este valor límite, no se expulsan electrones.
• Siempre que se irradia un metal por encima de la frecuencia umbral, se emiten electrones, incluso a muy bajas intensidades de radiación.
• La Ec de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia de la radiación incidente pero es independiente de la intensidad de la radiación.
• Un aumento en la intensidad de la radiación, por encima de la frecuencia umbral sólo produce un aumento en el número de electrones emitidos.

Teoría Cuántica de Einstein

Teoría cuántica de Einstein: basándose en la hipótesis de la cuantización de la energía de Planck, propuso que este resultado experimental sólo tiene explicación si la energía de la radiación electromagnética está distribuida en pequeños “paquetes” llamados fotones. La energía de cada fotón viene determinada por la frecuencia de la radiación, siendo su valor E=hf.

Modelo Atómico de Bohr

Modelo atómico de Bohr:

• Los electrones solo pueden describir ciertas orbitas circulares de modo estable: a cada átomo y electrón le corresponde una determinada energía, como solo hay ciertos valores de energía permitidos, a cada uno de ellos le corresponde un radio de órbita estable. Un electrón no puede encontrarse a cualquier distancia del núcleo.
• Las órbitas de mayor energía son las de mayor radio.
• El electrón no emite energía mientras gira en órbita, cuando este absorbe suficiente energía, puede pasar de una a otra órbita de mayor energía. Esto explica la existencia de los espectros discontinuos de emisión.

Hipótesis de De Broglie y Dualidad Onda-Partícula

Hipótesis de De Broglie y dualidad onda-partícula

Toda la materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares comportándose de uno u otro modo dependiendo del experimento específico.

La energía, tanto de la materia como de la radiación se relaciona con la frecuencia f de la onda asociada a su movimiento mediante la expresión: &= h/p = h/mv

Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

El principio de incertidumbre de Heisenberg afirma que no se puede determinar, simultáneamente, y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y la cantidad de movimiento de un objeto dado. Cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal.