HdQ Cuántica 2

• DEL NACIMIENTO DEL
CUANTO DE PLANCK A
LA MECÁNICA CUÁNTICA
WILLIAM THOMSON (LORD
KELVIN)
ESCOCÉS, 1824 – 1907
•EN UNA CONFERENCIA QUE DA EL 27
DE ABRIL DE 1900 SEÑALA QUE
QUEDAN SÓLO UN PAR DE NUBECITAS
EN EL CIELO DE LA FÍSICA.
• LA RADIACIÓN DEL
CUERPO NEGRO
Cuerpo negro
http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/fix/student/chapter7/07f0
5.html
http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dotorg/chap18/chap18.htm
MAX PLANCK (1858-1947) se
formó en las universidades de
Munich y Berlín e impartió clases
en los dos centros. Su gran
aporte a la ciencia fue sentar los
cimientos de la denominada
física cuántica. Planck formuló el
siguiente enunciado con relación
a este tema: "la energía de
oscilación electromagnética que
emana
de
un
manantial
calorífico no es continua, sino
que está dividida en porciones
elementales, en cuantos. Sólo
aceptando esta hipótesis se
puede
comprender
la
distribución de energías en el
espectro".
Gracias
a
este
descubrimiento sentó las bases
de la física moderna. En 1918
fue premiado con el Premio
Nobel de Física. Un año después
de su muerte se creó el Instituto
Max Planck en su honor.
http://www.artehistoria.com/frames.htm?
http://artehistoria.com/historia/personajes/6997.htm
Ecuación de Planck
2hc
Bλ = 5
λ
2
1
e
hc
λkT
−1
Bλ = Magnitud de la radiación por longitud de onda
λ = Longitud de onda
h = Constante de Planck
c = Velocidad de la luz
k = Constante de Boltzmann
Efecto Fotoeléctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Photoelectric_effect.pn
g
Experimentos de Lenard sobre le efecto
fotoeléctrico.
(Philipp Lenard (1862 – 1947)
1. Sólo se emiten electrones cuando la
frecuencia de la luz incidente es mayor
que una frecuencia umbral. Por debajo
de esta frecuencia no hay emisión de
electrones por grande que sea la
intensidad de la luz. El valor de la
frecuencia umbral difiere para los
distintos metales y cae en la región UV
en la mayoría de los casos.
2. Los electrones emitidos tienen mayor
energía cinética a medida que aumenta
la frecuencia de la luz incidente. Para los
electrones con energía cinética máxima
se observa una dependencia lineal con la
frecuencia.
http://www.einsteingalerie.de/vip/lenard.ht
ml
• PHILIPP LENARD, FÍSICO
ALEMÁN, 1862 – 1947
• PREMIO NOBEL DE FÍSICA
1905
Albert Einstein (1879-1955)
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap000108.html
• ALBERT EINSTEIN, FÍSICO ALEMÁN –SUIZOAMERICANO, 1879 – 1955
• CREADOR DE LA TEORÍA DE LA
RELATIVIDAD.
• TUVO UN PAPEL FUNDAMENTAL EN EL
DESARROLLO DE LA TEORÍA CUÁNTICA• PREMIO NOBEL DE FÍSICA EN 1921.
PROPOSICIÓN DE
EINSTEIN(1905)
• Einstein sugirió que la luz (radiación electromagnética),
consiste en discretas unidades de energía:
E = hν
(Expresión de Planck)
• Un electrón puede de esta manera absorber un cuanto
(hoy llamado fotón). No hay situación intermedia. Si la
energía de la unidad de luz no es suficiente,
el
electrón no escapa del metal.
Ecuación Efecto Fotoeléctrico
E c = hν − hν 0
donde
Ec = energía cinética de los
fotoelectrones
Ec = ( ½mv2)
h = constante de Planck
ν = frecuencia de la radiación
νo = frecuencia umbral
http://www.westga.edu/~chem/courses/chem410/410_08/sld017.htm
PENSAMIENTO DE EINSTEIN
“UN
TOTAL
DE
50
AÑOS
DE
ESPECULACIÓN CONSCIENTE NO ME HA
ACERCADO A LA RESPUESTA A LA
CUESTIÓN ¿QUÉ SON LOS CUANTOS DE
LUZ?
ES CIERTO QUE HOY DÍA
CUALQUIER BRIBÓN CREE SABER LA
RESPUESTA, PERO SE EQUIVOCA.
Espectros atómicos
ESPECTRO ÁTOMO DE
HIDRÓGENO (SERIE DE
BALMER)
Ecuación de Rydberg
Serie de Balmer
1
�1 1 �
= RH � 2 − 2 �
λ
�2 n �
Ecuación de Rydberg
para todas las series
�1 1 �
1
= RH � 2 − 2 �
λ
�n1 n 2 �
SERIES DEL ÁTOMO
DE HIDRÓGENO
NOMBRE
SERIE
Lyman
Balmer
INTERVALO
DE λ
UV
UV y visible
n1
n2
año
1
2, 3, 4….
1906
2
3, 4, 5….
1885
Paschen
IR
3
4, 5, 6….
1908
Bracken
IR
4
5, 6, 7….
1922
Pfund
IR
5
6, 7, 8….
1924
Niels Bohr (1885-1962)
http://web.gc.cuny.edu/
ashp/nml/copenhagen/
• NIELS BOHR, FÍSICO DANÉS, 1885 – 1962.
• CREÓ EL PRIMER MODELO CUÁNTICO DEL ÁTOMO
DE HIDRÓGENO.
• TUVO UNA EXTRAORDINARIA INFLUENCIA EN LA
CREACIÓN DE LA MECÁNICA CUÁNTICA.
• TAMBIÉN FUE PIONERO EN FÍSICA NUCLEAR.
• OCUPA UN SITIAL DE HONOR JUNTO CON
EINSTEIN, NEWTON Y GALILEO COMO UNO DE LAS
MÁS GRANDES FÍSICOS DE LA HISTORIA.
2 2
2 4
�1 ��2π κ mZ e �
En = − � 2 ��
�
2
n
h
� ��
�
donde n es un número cuántico.
n = 1, 2, 3, ………
CÁLCULO DE LA FRECUENCIA O LONGITUD DE ONDA DE LA
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA EMITIDA O ABSORBIDA
- Se
parte del segundo postulado:
hν = En2 − En1
- Se reemplazan En2 y En1 y la frecuencia ν por c/λ. Se
obtiene:
1 2π2 κ 2 me 4 2 �1 1 �
=
�
Z �2 − 2 �
3
λ
ch
�n1 n2 �
- Tomando Z=1 para el átomo de hidrógeno, Bohr contrastó este
resultado teórico con la expresión experimental de Rydberg:
�1 1 �
1
= RH � 2 − 2 �
λ
�n1 n2 �
SIGNIFICADOS:
En1 , En2 : energías de los niveles
ν : frecuencia
m : masa del electrón
e : carga del electrón
c : velocidad de la luz
h : constante de Planck
k : constante de ajuste de unidades
http://www.ktf-split.hr/glossary/en_o.php?def=Balmer%20series
ARTHUR COMPTON, FÍSICO
NORTEAMERICANO, 1892 – 1962,
Premio Nobel de Física 1927
Efecto Compton
Ecuación Efecto Compton
h
∆λ =
(1 − cos θ )
mo c
Príncipe Louis de Broglie
http://www.physics.umd.edu/cour
ses/Phys420/Spring2002/Parra_S
pring2002/HTMPages/whoswho.ht
m
• LOUIS DE BROGLIE, FÍSICO
FRANCÉS, 1892 – 1987,
PREMIO NOBEL DE FÍSICA
1929
http://www.chemistry.ucsc.edu/teaching/switkes/CHEM163A/Fall02/KW
ILSON/qm/37.de_Broglie2.jpeg
DIFRACCIÓN
DIFRACCIÓN DE RAYOS X
DAVISSON Y GERMER
http://www.rpi.edu/~
schubert/Educational
%20resources/1927
%20Clinton
%20Davisson
%20and%20Lester
%20Germer.jpg
• Clinton Joseph Davisson (físico
norteamericano, 1881 – 1958),
logró junto con su ayudante
Germer, la difracción de los
electrones en 1927.
• Davisson compartió el Premio
Nobel con G. Thomson en 1937
por este descubrimiento.
George Paget Thomson (18921975). Hijo de J.J.Thomson, el
descubridor del electrón. Logró
también en forma independiente la
difracción de los electrones. G.
Thonsom compartió el Premio Nobel
de Física con C.J. Davisson en 1937.
Mientras J.J. Thomson mostró que
los electrones se comportaban como
partículas, su hijo G. Thomson
mostró que los electrones se
comportaban como ondas.
http://www.aip.org/history/electron/jjgpta.htm
http://www.uwsp.edu/physastr/kmenning/Phys204/Lect34.html
ERWIN SCHRÖDINGER
http://www.kosmologika.net/S
cientists/Schroedinger_big.jpg
• ERWIN SCHRÖDINGER,
FÍSICO AUSTRIACO, 18871961.
• PREMIO NOBEL DE FÍSICA
EN 1933
http://web.hamline.edu/depts/chemistry/ccreswel/education/qm/Schrod
inger.html
WERNER HEISENBERG
http://osulibrary.oregonstate.e
du/specialcollections/coll/pauli
ng/bond/pictures/largeportrait-heisenberg.html
• WERNER HEISENBERG,
FÍSICO ALEMÁN, 1901 –
1976.
• PREMIO NOBEL DE FÍSICA
EN 1932.
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
HEISENBERG 1927
h
∆x∆p ﾳ
2
Conferencia de Solvay, 1927
BOHR Y EINSTEIN
CONGRESO DE SOLVAY
1927
Bohr y Heisenberg
PREMIOS NOBEL DE FÍSICA RELACIONADOS CON
• 1901
• 1903
•
•
•
•
•
1905
1906
1918
1921
1922
LA NUEVA FÍSICA.
Wilhelm C. Röntgen
Marie Curie, Pierre Curie, Antoine H.
Becquerel
Philipp E. von Lenard
Joseph J. Thomson
Max K. Planck
Albert Einstein
Niels H. Bohr
•
•
•
•
•
•
1923
1925
1927
1929
1932
1933
Robert A. Millikan
Gustav L. Hertz, James Franck
Arthur H. Compton
Prince Louis de Broglie
Werner K. Heisenberg
Paul A. Dirac, Erwin Schrödinger
• 1935
• 1937
• 1945
• 1954
James Chadwick
George P. Thomson, Clinton J.
Davisson
Wolfgang Pauli
Max Born
PREMIOS NOBEL DE QUÍMICA
RELACIONADOS CON LA NUEVA FÍSICA
• 1908
• 1911
Ernest Rutherford
Marie Curie