Ministerio de educación

Colegio: Instituto Profesional y Técnico de David

Física Cuántica

Materia: Física

Profesora: María Martínez

Estudiantes: Milciades Patiño

Grupo: XII°E

Electricidad

2013

Índice:

Objetivo

Introducción

Efecto foto eléctrico

Teoría de la relatividad

Concepto del átomo

Concepto de incertidumbre

La redacción del cuerpo negro

Comentario

Conclusión

Bibliografía

Introducción a la física cuántica:

En el mundo del átomo y sus componentes, todo aparece en montones (quantum = cuanto =

montón). La masa, la energía, el momento, etc., aparece en montones: nada en este mundo

es liso y continuo. Mecánica es el antiguo término para la Ciencia del movimiento, así que

Mecánica Cuántica es la rama de la Ciencia dedicada a describir el movimiento de las cosas

en el mundo subatómico. Mott la define como la rama de la Física que describe el

comportamiento de los electrones en los átomos, en las moléculas y en los sólidos o

también como la rama de la Física matemática que permite calcular las propiedades de los

átomos. Sin embargo es algo más que eso:

la Mecánica Cuántica proporciona el soporte fundamental de toda la Ciencia moderna; sus

ecuaciones describen el comportamiento de objetos a escala atómica, proporcionando la

única explicación del mundo de lo minúsculo. Sin sus ecuaciones, los científicos no habrían

sido capaces de diseñar centrales o bombas nucleares, construir láseres, explicar por qué el

Sol se mantiene caliente, la Química estaría aún en una época oscura y no existiría la

biología molecular, la comprensión del DNA, la ingeniería genética, etc.,etc.,etc.

El mayor problema que tenemos a la hora de ocuparnos de la Mecánica Cuántica procede

de nuestra suposición inconsciente de que las cosas se comportarán del mismo modo en el

mundo cuántico que como lo hacen en el mundo normal de nuestra experiencia. No hay

ninguna razón para esperar que cuando contemplamos objetos muy pequeños u objetos

muy veloces, éstos se comporten de la misma forma que lo hacen los objetos con los que

estamos familiarizados. La Física Cuántica representa una de las conquistas fundamentales

de la Ciencia, mucho más significativa y directa, desde el punto de vista práctico, que la

Teoría de la Relatividad.

En su mundo, las leyes habituales de la Física dejan de funcionar: los acontecimientos pasan

a estar gobernados por probabilidades. La Relatividad y la Mecánica Cuántica constituyen las

teorías básicas de la Física moderna; independientemente del grupo de Gotinga, Dirac

descubrió que las ecuaciones de la Mecánica Cuántica tienen la misma estructura

matemática que las ecuaciones de la Mecánica clásica, y que ésta es un caso particular de la

Cuántica correspondiente a grandes números cuánticos o a dar el valor 0 a la constante de

Plank.

Efecto fotoeléctrico

Un diagrama ilustrando la emisión de los electrones de

una placa metálica, requiriendo de la energía que es

absorbida de un fotón.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de

electrones por un material cuando se hace incidir

sobre él una radiación electromagnética (luz visible o

ultravioleta, en general).1 A veces se incluyen en el

término otros tipos de interacción entre la luz y la

materia:

Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en

diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la

mitad del siglo XIX.

Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica.

La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por

selenio recubierto de una fina capa de oro.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que

el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores

cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación

teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo

“Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la

fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde

Robert AndrewsMillikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de

Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y

Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.

Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto

fotoeléctrico indica que los fotones luminosos pueden transferir energía a los electrones. Los

rayos X (no se sabía la naturaleza de su radiación, de ahí la incógnita "X") son la

transformación en un fotón de toda o parte de la energía cinética de un electrón en

movimiento. Esto se descubrió casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de

Planck y Einstein (aunque no se comprendió entonces).

Teoría de la relatividad

Dibujo artístico sobre la teoría de la relatividad

La teoría de la relatividad está compuesta a grandes

rasgos por dos grandes teorías (la de la relatividad

especial y la de la relatividad general) formuladas por

Albert Einstein a principios del siglo XX, que

pretendían resolver la incompatibilidad existente

entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo.

La primera teoría, la teoría de la relatividad especial

(1905), trata de la física del movimiento de los cuerpos

en ausencia de fuerzas gravitatorias, en el que se

hacían compatibles las ecuaciones de Maxwell del

electromagnetismo con una reformulación de las leyes

del movimiento. La segunda, la teoría de la relatividad

general (1915), es una teoría de la gravedad que

reemplaza a la gravedad newtoniana pero coincide

numéricamente con ella para campos gravitatorios

débiles. La teoría general se reduce a la teoría especial en ausencia de campos gravitatorios.

No fue hasta el 7 de marzo de 2010 cuando fueron mostrados públicamente los manuscritos

originales de Einstein por parte de la Academia Israelí de Ciencias, aunque la teoría se había

publicado en 1905. El manuscrito contiene 46 páginas de textos y fórmulas matemáticas

redactadas a mano, y fue donado por Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en 1925

con motivo de su inauguración.

Concepto del átomo

Átomo

Representación de un átomo de helio.

El átomo es un constituyente materia ordinaria, con

propiedades químicas bien definidas, formado a su vez

por constituyentes más elementales sin propiedades químicas

bien definidas. Cada elemento químico está formado por

átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica

básica), y que no es posible dividir mediante procesos

químicos.

Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo

atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. Esto

fue descubierto a principios del siglo XX, ya que durante el siglo XIX se había pensado que

los átomos eran indivisibles, de ahí su nombre a-tómo- 'sin partes'. Poco después se

descubrió que también el núcleo está formado por partes, como los protones, con carga

positiva, y neutrones, eléctricamente neutros.nota 1 Los electrones, cargados negativamente,

permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.

Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su

núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el

número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones

que de electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de protones

o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denominación.

Principio de Incertidumbre

Gráfico del Principio de Indeterminación de

Heisenberg.

En mecánica cuántica, la relación de indeterminación

de Heisenberg o principio de incertidumbre establece

la imposibilidad de que determinados pares de

magnitudes físicas sean conocidas con precisión

arbitraria. Sucintamente, afirma que no se puede

determinar, en términos de la física cuántica,

simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos

pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la

posición y el momento lineal (cantidad de

movimiento) de un objeto dado. En otras palabras,

cuanta mayor certeza se busca en determinar la

posición de una partícula, menos se conoce su

cantidad de movimiento lineal y, por tanto, su

velocidad. Este principio fue enunciado por Werner Heisenberg en 1927.

El principio de indeterminación no tiene un análogo clásico y define una de las diferencias

fundamentales entre física clásica y física cuántica. Desde un punto de vista lógico es una

consecuencia de axiomas corrientes de la mecánica cuántica y por tanto estrictamente se

deduce de los mismos.

La Redacción del Cuerpo negro

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 sistema físico idealizado para el

estudio de la emisión de radiación

electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue

introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz

emitida por un cuerpo negro se denomina

radiación de cuerpo negro.

Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que

se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del

emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y

corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor

frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a

longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se

calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de

onda, sino que siguen la ley de Planck.

A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la

superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie

brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la

de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un

cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los

cuerpos de color negro son buenos absorbentes.

Comentario Sobre el tema:

Mi opinión es que la FísicaCuántica es la ciencia indispensable para estudiar los fenómenos

del micro mundo (átomos,moléculas).

Los niveles de energía de los átomos, y la forma en que se unen para formar moléculas solo

puede ser explicado por esta teoría.La explicaciónmatemática de la formación de las moléculas

se modela (simula, calcula) con dificultad, debido a complejidad matemática de la

teoríacuántica,pero el interés es grande, a fin de obtener mejores materiales guiándose por

cálculosFenómenos tales como la superconductividad, laformación del gas electrónico

degenerado en los metales, lasupe fluidez del helio,etc. también requiere la aplicación de la

teoríacuántica (ver estado sólido).Es decir que toda la ciencia física avanzada actual se apoya en

dicha teoría

Ni que decir que la física nuclear depende aúnmás de la mecánicacuántica

Claro que el nivel matemático requerido para abordar la cuántica es elevado, pero para

comenzar, se puede empezar con el Principio de Incertidumbre de Heisenberg,y luego con la

ecuación de Schrödinger,

La cuántica en algunos resultados coincide con la teoríaclásica, enotros, no, pero la correcta es la

cuántica,no tengas dudas.

Claro que tambiénestá la teoría relativista,estas dos teorías no se excluyen, sino que se

complementan (hay problemas a nivel de la gravedad, la Relatividad General y la cuántica se

oponen a energíasextremas, pero es otro asunto).La unión de la cuántica y relatividad conduce a

la TeoríaCuántica Relativista y a la ElectrodinámicaCuántica,que son las más exactas

teoríasfísicas de la que se dispone actualmente.

Conclusión:

La física cuántica si es muy interesante y a la ves muy compleja pero es como la mayoría de las

ciencias creada por el hombre y tiene un fin establecido responder a las preguntas: de porque

estamos aquí??y del origen del universo? en fin es una ciencia sumamente extensa e intrínseca y

muy desarrollada, pero todavía no ha llegado a su meta la cual es una nueva forma de ver las

cosas.

Bibliografia:

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_relatividad

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbrev

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro

http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/3501076/Fisica-Cuantica-o-

Mecanica-Cuantica.html