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Teoría Atómica y MolecularMecánica Cuántica

Ileana Nieves Martínez

102 10 1 10─1 10─2 10─3 10─4 10─5 10─6 10─7 10─8 10─9 10─10 10─11 10─12

núcleo

ondas de radio micro-ondas infrarojo ultravioleta Rayos X Rayos Nombre de la onda

, metros

Largo de la onda Parque de football humano abeja alfiler célula bacteria virus átomo

Luz visible

Física Clásica

Bien establecida a finales de siglo XIX

Mecánica Newtoniana Ecuaciones de Lagrange y Hamilton

Termodinámica y Termodinámica Estadística

Teoría Cinético Molecular

Leyes de Electromagnetismo Diferenciales de Maxwell.

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Fallas de Física Clásica

Datos que no se pueden explicar por clásica

Interacción de radiación con la materia nosigue las leyes de Maxwell

Estructura atómica no sigue las leyes de Newton.

Teoría ondulatoria:

http://www.monos.leidenuniv.nl/smo/basics/images/wave.gif

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a x t a x t. cos 0 2

Trayectoria de una Onda

http://www.astronomynotes.com/light/emanim.gif

Campo magnéticoCampo eléctrico

Onda electromagnética

(1) Frecuencia, ( Periodo, ((1) Número de máx. sucesivos/tiempo =

(2) Tiempo que toma el paso de dos crestas = τ.http://www.astronomynotes.com/light/freqwavl.gif

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Resumen de Teoría ondulatoria:

Trayectoria de una onda:

Frecuencia = núm. de máx. sucesivos/tiempo,

Periodo = tiempo que toma el paso de dos crestas, τ.

Velocidad de propagación:

a x t a x t. cos 0 2

distanciav tiempo t

Teoría Electromagnética de Maxwell õ (x,t) = õyE cos {2π (x/λ - νt)}

Componente eléctrico

B (x,t) = BzE cos {2π (x/λ - νt)} Componente magnético

õ z B

Densidad de energía: U(x.t) = (1/4π) {õ (x,t)}2

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Dualidad onda-partícula

¿Cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones o perpectivas diferentes?

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Dualite.jpg/300px-Dualite.jpg

Experimentos de Interferencia(Reflección y Refracción)Young y Fresnel

Huyges: ondulatoria

Newton: corpuscular

https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQD8_mKwTyBejOkW6fNz_NElfb7b94U75ijKnHXYjtmMJIig3ip

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Experimentos de Interferencia (doble rejilla)(Reflección y Refracción)Young y Fresnel

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Two_sources_interference.gif

http://www.indicareer.com/entrance-exams/mht-cet/physics/Interference-of-Light-1_files/image002.gif

Radiación de cuerpos negros

http://fisicamoderna9.blogspot.com/http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Human-Infrared.jpg/284px-Human-Infrared.jpg

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Experimento Horno

Paredes consisten de sólido“absorbedor” = osciladores

Osciladores en equilibrio con la radiación.

Eirradiada = Eabsorbida

Ejemplos y resultados

Estufas Eléctricas

Temografías

Resultados

Distribución continua de Largos de onda que salen del horno

dU

d

infrarojoultravioleta

Largo de onda, mhttp://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/chap18/F18-02%20Planck%20black%20body.jpg

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Observaciones

T bajas no hay emisión. No exhibe color.

Tendencia a medida que T aumenta: IR →Rojo→Azul

T maxmax

1

Radiación de cuerpos negros (continuación)

Resultados y ecuaciones matemáticas Wein (empírico)

Ley de Stefan-Boltzman

Wein: Area bajo la curva

Rayleigh y Jeans (1900)

max. 0 2884

T

U U d T E 4

dU a e d

T e

bT

T

5

3,

dU kT dN kT d

R kTc

8

2

4

22

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a1/Blackbody-lg.png/303px-Blackbody-lg.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/Wiens_law.svg/300px-Wiens_law.svg.png

cálido

templado

frío

Teoría clásica

Largo de onda (nm)In

tens

idad

(ar

b.)

Catástrofe ultravioleta

Cuantización de la energía de los osciladores: Max Plank

dN = Nε e -ε/kT dε = # de osciladores con ε entre ε y ε + dε

Energía:

Principio de Equipartición:

Distribución:

1vib h

kT

hestadística

e

. modos .num de de vibdU

volumen

dUhc e

ed

Rc

e

h

c e

hckT

hckT

cT

hkT

8

1

1

2 1

1

5

13 3

21

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Cuantización de la energía: Max Plank Caracterísiticas de la Distribución:

Describe la curva experimental.

Si se integra se aproxima a Stefan – Boltzman.

En → ∞ se aproxima a la ecuación de Rayleigh y Jeans.

En → 0 se aproxima a la ecuación de Wein.

1

3 31

5 2

8 2 1

1 11

hckT

hc c hkT kTT

chc e hdU d R

ce ee

35 ,

bT TadU e d T e

24 2

8 2kT kTdU kT dN d Rc

U U d T E 4

Efecto fotoeléctrico (Hertz 1882)

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSW6IlzTg3Xc4sQKzRHmcUR6fPZa9a9Xujv3N-ExSFVwvRwtg5b

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/imgmod2/pelec.gif

Experimento

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Efecto fotoeléctrico Intensidad, I,

I # e− emitidos/volumen

I ≠ ECelectrón

EC = energía cinética

ECelectrón

Einstein - (Cuatización de la Energía de la radiación!

e-

½ mv2

o metal

E E h E C Etot haz foton . . 0

Resumen y conclusiones: Efecto fotoeléctrico Radiación exhibe difracción e interferencia (onda)

El efecto fotoeléctrico se explica solo si la radiación consiste de cuantos ó fotones.

Naturaleza dual de la radiación.

Modelos son mutuamente exclusivos. partícula se localiza en espacio y la onda no. fotón cuantización de energía y la onda no. Se interpreta Efotón en términos de frecuencia, solo tiene sentido

para ondas.

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Efecto Compton:Experimento:Fotón = partícula con

energía E, momentum, py masa = 0 cuando está en reposo.

Teoría de la relatividad: E = mc2 = hc/λ

hi

hf

mev

metal

De Broglie: mc = h/λ - propiedad ondulatoria a fenómeno corpusculares.

Difracción del haz de electrones: microscopio electrónico.

2

2

p

m

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