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• Vimos en la sesión anterior cómo Planck introdujo la idea de la cuantización de la energía, necesaria para explicar el espectro de emisión de un Cuerpo Negro.

• Tenemos que repasar ahora el concepto de onda.

• En física una onda es una perturbación que se desplaza en un medio. Por ejemplo, las ondas sonoras son vibraciones de las moléculas que se desplazan en el aire, las olas son perturbaciones que se desplazan en el agua…

Ondas gravitacionales !

• Imaginad que le sacamos una foto a una onda... La distancia entre dos picos o entre dos valles es la longitud de onda: λ

• Ahora nos quedamos mirando a un mismo sitio del espacio por el que propaga una onda, por ejemplo un pato flotando en un estanque. El número de veces por segundo que pasa un pico de la onda por donde está el pato (y por lo tanto el pato sube y baja) es la frecuencia de la onda: v

• Son inversamente proporcionales: a mayor λmenor v, y viceversa.

• Clásicamente las ondas y las partículas son cosas radicalmente diferentes… ¡la propagación de olas en un estanque (ondas) no tiene nada que ver con los patos que flotan (partículas)!

• Hay propiedades de las ondas que parecen ser intrínsecas de estas. Por ejemplo la interferencia; Dos ondas que se propagan a la vez pueden interferir, amplificándose o atenuándose.

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• Otra propiedad de las ondas es la difracción. Si una onda se encuentra con un obstáculo (una abertura o rendija, por ejempo) de tamaño similar a su longitud de onda (*), la onda se abre en abanico en diferentes direcciones:

(*) La longitud de onda del sonido es similar al tamaño de una puerta, se difracta al atravesarla y por eso puedes escuchar a tu madre desde otra habitación.

Adelanto: la luz es una onda, pero con λ mucho menor que el tamaño de la puerta. Apenas se difracta al atravesarla y por eso si mi madre enciende una linterna en el salón a mi no me llega la luz.

• En 1799, Young demostró que luz se difractaba al atravesar una pequeña rendija. Además, al situar dos rendijas muy próximas, la luz se difractaba, interfería y creaba un patrón de interferencia característico.

• ¡Quedó demostrado que la luz es una onda! Sería Maxwell el que la describió como una vibración del campo electromagnético.

• Ahora bien, un problema… se sabía que al iluminar con luz un metal, se arrancan de él electrones. ¿Pero porqué si iluminamos un metal con más luz no se arrancan electrones con más energía aun como predice la teoría clásica?

• Esto (efecto fotoeléctrico) fue resuelto por Einstein suponiendo que luz se compone de partículas (fotones) ¡no ondas! Además supuso que la energía asociada a cada fotón sigue la hipótesis de Planck:

E = hv =(hc)/λ

• Con λ y v las asociadas a esa radiación en particular. Fijaos que a mayor frecuencia (y menor longitud de onda) más energía tienen los fotones.

• Para arrancar un electrón hace falta una energía mínima. Si la energía individual (hv) de los fotones de la luz con la que iluminamos el metal no es superior a la de ligadura del electrón (infrarrojo, por ejemplo), nunca lo conseguiremos aunque aumentemos el caudal de luz.

• Sin embargo, un solo fotón ultravioleta será capaz de arrancarlo porque tiene más energía que uno infrarrojo, superior a la de ligadura del electrón.

• Experimentos posteriores (Millikan, Compton) demostraron que la luz tiene indiscutiblemente un carácter corpuscular, es decir, está compuesta por partículas (fotones).

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• ¿Pero no habíamos demostrado que la luz tiene naturaleza ondulatoria?

• ¿En qué quedamos? ¡Pues en las dos cosas a la vez!

• En 1923 Luis de Broglie plantea que todo tiene carácter corpuscular y ondulatorio a la vez (dualidad onda – partícula). Además la longitud de onda asociada a una partícula es:

λ= h/p

• p es el momento de la partícula (clásicamente es el producto m x v). Resulta que para un objeto macroscópico el momento es tan grande que la longitud de onda asociada es inobservable. Del orden de 10-35 metros. ¡Por eso no nos difractamos al pasar por una puerta! Sin embargo, un electrón tiene un momento mucho menor y su λ de onda asociada es del orden de 10-10 m. ¡Los electrones sí se difractan en interfieren entre sí!