clase teoria cuantica

T E O R Í A C U Á N T I C A.

T E O R Í A C U Á N T I C A .

Surge una nueva física que describe el mundo microscópico.

Mecánica cuántica.• Max Planck.• Werner

Heisenberg.

Teoría Física, basada en la utilización del concepto de unidad

cuántica para describir las propiedades dinámicas de las

partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la

radiación.

¿Q U É E S L A T E O R í A

C U Á N T I C A ?

• Físico Alemán Werner Heisenberg.

No es posible especificar con exactitud simultáneamente la

posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

Materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas CUANTOS.

• Físico Alemán, Max Planck

I N T R O D U C C I Ó N A L C U A N T O

D E P L A N C K.El primer avance por parte Planck sobre el concepto de

cuanto, fue el resultado de los estudios de la radiación

del

cuerpo negro realizados por los físicos en los últimos

años

del siglo XIX .

MAX PLANCK.

HIPÓTESIS DE PLANCK.

Su hipótesis fue que “la energía sólo es radiada en cuantos cuya energía es hu, donde u es la frecuencia de la radiación y h es el ‘cuanto de acción’.”

Lo que postuló Planck, INTERCAMBIO DE ENERGÍA, debía suceder de una manera discontinua, es decir, a través de la emisión y absorción de cantidades discretas de energía, que hoy denominamos “quantums” de radiación.

CONCEPTO DEL CUERPO NEGRO.

Objeto que absorbe toda la luz que incide sobre él no reflejaría ninguna y, por consiguiente, parecería negro.

Lord Rayleigh, un físico inglés, halló en la última década del siglo pasado una ecuación basada en el comportamiento que se le atribuía por entonces a la luz. Sus resultados parecían demostrar que cuanto más corta era la longitud de onda, más luz debería emitirse.

En 1899 otro físico alemán, Max Planck. Planck pensó que la luz quizá era radiada sólo en porciones discretas. Como no sabía qué tamaño podrían tener estas porciones, las llamó quanta.

En 1913, el físico danés Niels Bohr aplicó la teoría cuántica a la estructura atómica. Bohr afirmó que un electrón sólo podía emitir energía en cantidades fijas y discretas, es decir en cuantos enteros.

M E C Á N I C A C U Á N T I C A.

Es una de las ramas principales de la física que explica el comportamiento de la materia y de la energía.

Se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones.

¿EN QUÉ CONSISTE LA MECÁNICA CUÁNTICA?

Los sistemas atómicos y las partículas elementales no se pueden describir con las teorías que usamos para estudiar los cuerpos macroscópicos (como las rocas, los carros, las casas, etc). Esto de debe a un hecho fundamental respecto al comportamiento de las partículas y los átomos que consiste en la imposibilidad de medir todas sus propiedades simultáneamente de una manera exacta. Es decir en el mundo de los átomos siempre existe una INCERTIDUMBRE que no puede ser superada. La mecánica cuántica explica este comportamiento.  

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno

puede tener dos percepciones distintas.

El tamaño de un núcleo atómico es del

orden de 10-13 centímetros.

¿ENTONCES QUÉ DICE LA MECÁNICA CUÁNTICA?

Veamos que propone la mecánica cuántica:

El intercambio de energía entre átomos y partículas solo puede ocurrir en paquetes de energía de cantidad discreta (Fuerzas e Interacciones)  

Las ondas de luz, en algunas circunstancias se pueden comportar como si fueran partículas ( fotones).  

Las partículas elementales, en algunas circunstancias se pueden comportar como si fueran ondas.  

Es imposible conocer la posición exacta y la velocidad exacta de una partícula al mismo tiempo.

¿PODEMOS IMAGINAR ÉSTO?

Además la mecánica cuántica es la teoría científica que ha

proporcionado las predicciones experimentales más exactas hasta el momento, a pesar de

estar sujeta a las probabilidades.

EL ÁTOMO DE BOHR.

En 1911, Rutherford estableció la existencia del núcleo atómico.

Supuso que cada átomo está

formado por un núcleo denso y

con carga positiva, rodeado por

electrones cargados

negativamente que giran en

torno al núcleo.

NIELS BOHR.

La aplicación de la teoría de Bohr a átomos con más de

un electrón resultó difícil.

Un átomo tiene una dimensión del orden de 10-9 m. Está

compuesto por un núcleo relativamente pesado (cuyas

dimensiones son del orden de 10-14 m) alrededor del

cual se mueven los electrones, cada uno de carga –e

(1.6 10-19 C), y de masa me (9.1·10-31 kg).

Consideremos dos electrones separados una distancia d, y

comparemos la fuerza de repulsión eléctrica con fuerza de atracción entre sus masas.

El núcleo está compuesto por protones y neutrones.

El número de protones coincide con el número de

electrones en un átomo neutro.

La masa de un protón o de un neutrón es

aproximadamente 1850 veces la de un electrón.

Niels Bohr aplicó la idea de cuantización a la estructura

del átomo, logrando resolver el grave problema de la

estabilidad en el modelo de Rutherford y explicando el

espectro atómico.

Para ello, propuso que la energía de un electrón ligado a un

núcleo atómico no puede ser cualquiera sino que sólo toma

ciertos valores discretos, que surgen a partir de exigir la

cuantización del impulso angular en unidades de la

constante de Planck.

De esta forma existen ciertas órbitas estables, o niveles

de energía, en las cuales el electrón no emite radiación

electromagnética y por lo tanto no pierde energía como

sucede en la descripción clásica.

En el modelo de Bohr reproduce muy fielmente el

espectro de radiación observado del átomo de Hidrógeno.

RELATIVIDAD ESPECIAL

Un nuevo concepto del espacio y del tiempo.

Antes considerados como absolutos, es decir, inmutables, ahora son entidades dinámicas que pueden modificarse.

Albert Einstein: • Las leyes de la naturaleza son

las mismas en todos lados • la luz viaja a una velocidad

constante e independiente del marco de referencia

ALBERT EINSTEIN.

CONSECUENCIAS PARA LA CIENCIA.

Todas las teorías físicas tienen que ser consistentes con la mecánica cuántica y con la relatividad especial.

Nuevos experimentos determinan que además existen al menos otras dos fuerzas!!

Nuclear débil.

Nuclear Fuerte.

¿Y LA GRAVEDAD?.....

La teoría de la gravedad Newtoniana no es compatible con las relatividad especial ni con la mecánica cuántica.

En 1916 Albert Einstein presenta una nueva teoría de la gravedad, la Relatividad General.

E L U N I V E R S O.Sabemos algunas cosas del universo.

Nuestra idea del universo ha cambiado radicalmente en los últimos 400 años.

• Esto ha cambiado la vida de los seres humanos. Ha repercutido en TODAS sus actividades.

Entre más exploramos, surgen nuevos misterios.

Sigamos mirando el cielo y tratemos de entenderlo.