MECÁNICA CUÁNTICA
La mecánica cuántica es la rama de la física que se encarga del estudio de la materia a niveles más pequeños, es decir que estudia las características y el comportamiento de diversas partículas
Radiación electromagnética
Es una forma de energía que se emite por partículas cargadas y en movimiento, mismas que generan un efecto de propagación de ondas electromagnéticas; esto hace que las ondas se alejen de su fuente de origen. Las ondas electromagnéticas son transversales y perpendiculares con los campos eléctrico y magnético, con relación a la dirección de la propagación de las ondas.
Tipos de radiación electromagnética:
- Ondas de radio
- Microondas
- Radiación Infrarroja
- Luz visible
- Radiación ultravioleta
- Rayos X
- Rayos Gamma
Cabe recalcar que cualquier tipo de radiación en cualquier tipo de magnitud es nociva para el ser humano, sin embargo, les hemos dado una utilidad cotidiana, sean estos los aparatos alimenticios de microondas, los rayos X, entre otros.
Fotones
Es la partícula que tiene todo tipo de carga de radiación electromagnética en los cuales entran los rayos gamma, los rayos x, rayos ultravioleta, etc. Es un partícula elemental que, de acuerdo a los principios de la física cuántica, compone la luz. El fotón tiene un comportamiento de dualidad física entre onda y partícula.
Radiación de Cuerpo Negro
Es un agujero teórico que recibe una cantidad de luz y energía radiante, pero no lo deja escapar. Es un cuerpo ideal que absorbe toda la energía electromagnética que reciba, y está en balance térmico.
Este cuerpo puede emitir radiación, únicamente cuando ha recibido excesivas cantidades de energía electromagnética, y su porcentaje de emisión es mínimo. Similar a cuando el ser humano realiza actividad física y expulsa sudor.
La conducta del cuerpo negro se la describe en la ley de radiación de Plank, pero también hay otras leyes o tendencias derivadas de de esta misma ley como:
Ley de desplazamiento de Wien: Esta describe el comportamiento de la radiación cuerpo negro, cuya máxima emisión se traslada a longitudes ondas de menor intensidad (frecuencia mayor), cuando la temperatura de cuerpo negro se eleva.
Ley de Steffan-Boltzmann: Manifiesta que el total del flujo emitido es directamente proporcional a su temperatura elevada cuatro veces su potencia.
A más temperatura, mucha más energía emitirá un cuerpo.
Efecto fotoeléctrico
Cuando la luz brilla en un metal, los electrones pueden ser expulsados de la superficie del metal, esto debido a su comportamiento dual. El efecto fotoeléctrico pone en manifiesto la dualidad de la luz, cuando sus fotones en forma de onda impacten en una superficie metálica causa que se activen los electrones de esta superficie, pero en el momento del impacto llegan a comportarse como partícula, haciendo que las partículas del metal reciban y generen energía.
Esta idea fue planteada por Albert Einstein en 1905, con las ideas que tuvo de unas ideas similares planteadas por Max Planck.
Difracción de electrones en un cristal
La difracción de electrones se refiere a la naturaleza ondulatoria de los electrones . Sin embargo, desde un punto de vista técnico o práctico, puede considerarse como una técnica utilizada para estudiar la materia disparando electrones a una muestra y observando el patrón de interferencia resultante.
Observación experimental
Para la observación experimental se utilizó un "Tubo de difracción de electrones" el cual es un tubo de rayos catódicos en el que los electrones producidos mediante efecto termoiónico, por calentamiento de un filamento, son acelerados por una diferencia de potencial V y dispersados por una lámina de grafito.
Los electrones salientes viajan por el interior de una ampolla esférica de vidrio en la que se ha hecho el vacío (para evitar colisiones de los mismos con moléculas de aire) hasta alcanzar el extremo de la ampolla en el cual hay una película de un material fluorescente. Cada impacto electrónico en ésta produce un punto luminoso por lo que la película juega el papel de pantalla en la que se proyectará el patrón de difracción.
Dualidad Onda-Partícula
La luz es energía, y se propaga como una radiación electromagnética que presenta un comportamiento dual:
- Onda
- Partícula
En ciertas condiciones, la luz, al interactuar con la materia, se comporta como onda, pero en otras ocasiones como partícula.
Principio de Incertidumbre
El principio de incertidumbre nos dice que no podemos conocer el tiempo en que una partícula subatómica se posiciona ni su ubicación. Un ejemplo es que en un partido de fútbol, si un jugador mete gol, el balón entra al arco tanto si el árbitro lo está viendo como si no. Si quisiéramos ver la posición de una partícula tendríamos que arrebatarle un fotón de luz pero al hacerlo este modificaría la velocidad de la partícula.
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Werner Heisenberg fue un científico alemán nacido en el año de 1901 el cual es reconocido por haber descubierto el principio de incertidumbre, gracias a esto pudo contribuir al desarrollo de la mecánica cuántica.
Experimento de la Doble Rendija
Este experimento fue realizado a principios del siglo XIX por un físico llamado Thomas Young, quien quería defender la teoría de que la luz era una onda y desmentir que la luz estaba formada de partículas.
El experimento consistió en pasar luz por dos rendijas, a lo que Thomas pudo observar en una pantalla que elaboraba un patrón de interferencias, una sucesión de franjas oscuras y brillantes alternadamente, esto no tenía explicación si es que la luz estuviera compuesta de partículas porque se debería ver únicamente dos franjas de luz sobre las rendijas entonces se entendió que la luz es una onda y esta puede tener interferencias.
Tras este experimento, la conducta ondulatoria de las pequeñas partículas se explica con la física cuántica.
La construcción de una doble rendija para el caso de electrones no es fácil ya que después de bastante tiempo de haberse propuesto la idea no se pudo llevar a cabo este experimento. Claus Jönsson, un físico alemán que en 1961 realizó por primera vez el experimento de doble rendija con un haz de electrones a través de 50.000 voltios, hizo que pase por una doble rendija con una anchura y separación muy mínimas.
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