UNIDAD 2. TEORIA CUANTICA Y ESTRUCUTRA ATOMICA

UNIDAD 2. TEORIA CUANTICA Y ESTRUCUTRA ATOMICA
2.1. BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORIA CUANTICA
2.1.1. RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
Fundamentos teóricos
Un cuerpo negro es aquél que absorbe toda la radiación electromagnética que recibe y
emiten todas las frecuencias. Cuando el cuerpo está caliente emite radiación
electromagnética y su comportamiento está gobernado por las siguientes leyes,
encontradas primero experimentalmente y cuya explicación teórica fue dada por M.
Planck (1900) lo que constituyó el primer éxito de la Mecánica Cuántica.
Un cuerpo negro se construye experimentalmente mediante una cavidad hueca con un
pequeño orificio al exterior. Las paredes internas de la cavidad se recubren con hollín
por lo que en frío prácticamente toda la radiación que entra por el orificio es absorbida.
La boca del orificio se comporta entonces como un cuerpo negro. Un metal a altas
temperaturas se comporta aproximadamente también como un cuerpo negro .La
intensidad detectada de la emisión de un cuerpo negro (potencia detectada por unidad
de superficie del detector) presenta una dependencia con el inverso del cuadrado de la
distancia entre emisor y detector.
Teoría de Planck de la radiación
Planck supuso que, al menos para la radiación de cavidad, la energía promedio de las
ondas estacionarias es dependiente de las frecuencias.
Además, Planck supuso que la energía correspondiente a cada modo no es una
variable continua, sino que discreta.
El físico alemán Max Plank, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en
equilibrio termodinámico. Según Plank, la intensidad de radiación para cada longitud
de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en cuestión.
MAX PLANCK Y LOS CUANTOS
Todo comenzó en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck se
enfrentaba a enormes dificultades para medir la radiación que emiten
los cuerpos negros, los cuales son objetos teóricos que absorben toda
la radiación que incide sobre ellos y posteriormente la emiten. Un
ejemplo cotidiano aproximado sería un metal al rojo vivo, que tras
recibir mucho calor comienza a emitir luz roja. Algo parecido a esta luz
roja es lo que intentaba medir Max Planck, pero se encontró con que
había demasiadas variaciones a nivel microscópico como para calcular la cantidad total
con exactitud.
El paso de gigante que dio Planck consistió en considerar que la energía no era emitida
como algo continuo, sino que pensó que era mucho más fácil si se imaginaba pequeños
paquetes de energía saliendo al exterior. Sería algo así como medir el volumen de un
vaso de agua llenándolo de arroz, sabiendo cuanto granos hay y cuanto ocupa cada
uno, sabríamos el volumen total más fácilmente que usando el agua para tal fin. Estos
pequeños paquetes de energía fueron llamados cuantos, y Planck formuló que el
tamaño de ellos contaba con un valor fijo. Este valor se llama ahora Constante de
Planck.
Es importante tener en cuenta que esto en aquella época se considero un afortunado
artificio teórico, pero que no se correspondía con la realidad física. Nadie consideraba
aún que realmente la energía pudiera estar compuesta por pequeños paquetes.
Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación
electromagnética es siempre un múltiplo (n) de la constante h, llamada posteriormente
constante de Planck por la frecuencia v de la radiación.
e =nhv
h=6.62 10-34 J·s, constante de Planck
v = frecuencia de la radiación
A hv le llamó cuanto de energía. Que un cuanto sea más energético que otro
dependerá de su frecuencia.