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Física moderna y relatividad

Objetivos:

En esta unidad podrás explicar lo siguiente:

  • Explicarás la teoría cuántica.
  • Describirás la luz como un paquete con energía cuantizada y momentum.
  • Reconocerás que las partículas de materia, a nivel atómico, se comportan como ondas.
  • Reconocerás ejemplos de aplicaciones que utilizan los principios de la teoría cuántica para funcionar.

Teoría cuántica




La teoría cuántica es la base del microscopio de efecto túnel (STM).   Este microscopio contiene un tubo piezoeléctrico con electrodos y una punta que permite escanear la superficie para medir la diferencia en el voltaje.  Esa información se procesa  en una computadora y se visualiza.  Esta información proviene de las propiedades de la materia cuando se considera a nivel atómico como si fuera una onda.  La mecánica cuántica es el estudio de las propiedades de la materia cuando se ésta se comporta como una onda.

Las bases del STM pueden explicarse mediante la teoría cuántica.  Este microscopio permite a los científicos el observar profundamente el mundo atómico.  A través de éste se pueden producir imágenes de las superficies de los metales, aisladores y otros materiales.  También permite que se puedan crear o desarrollar nuevos materiales.

Las ondas se comportan como partículas

Heinrich Hertz confirmó las predicciones de Maxwell en el 1889.  Sin embargo, en óptica todo parecía explicarse utilizando la teoría electromagnética.  La teoría ondulatoria no podía explicar el espectro de luz emitido por los cuerpos calientes.  Además Hertz descubrió que la luz ultravioleta descargaba eléctricamente las placas metálicas por lo que se le llamó efecto fotoeléctrico.

La radiación de los cuerpos incandescentes

Los cuerpos tan calientes, que pueden brillar, se dice que son incandescentes.  Estos producen luz y radiación infrarroja. Max Planck encontró que podía calcular el espectro si se asume que la energía no es continua.  En otras palabras utilizó la siguiente ecuación para la energía de vibración

E=nhf

En esta donde f es la frecuencia, h es una constante y n es un número entero.  De esta manera la energía está cuantizada en cantidades específicas.  Como el valor de h es de 7 X 10 ^-34 J/Hz los pasos de cambio de energía son muy pequeños para ser percibidos por el ojo humano.