SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 45
FÍSICA MODERNA


 Fundamentos de Mecánica Cuántica
            Rafael Artacho Cañadas · Física 2º Bachillerato
ÍNDICE
1.   La crisis de la física clásica en el micromundo

2.   Antecedentes de la mecánica cuántica
3.   Nacimiento y principios de la mecánica cuántica
4.   Conclusión
1. La crisis de la física clásica en el micromundo

     MECANICA                 TERMODINÁMICA

           Newton 1686
             Fma

             Ec. del
            movimiento
                             Clausius 1822

              ELECTROMAGNETISMO




            Maxwell 1865
1. La crisis de la física clásica en el micromundo

 La etapa europea que va desde 1870 a 1900 se caracterizó por ser el momento más glorioso
  de la ciencia experimental y del mayor descrédito de cualquier otro procedimiento distinto al
  científico para escrutar la Naturaleza y la realidad.

 Esta actitud “cientifista” inundaba absolutamente TODOS los modos de vida y                  de
  pensamiento de una época que ha pasado a denominarse POSITIVISTA.

 Se desarrollan a un ritmo vertiginoso TODAS las ramas de la Ciencia, y la Sociedad
  Occidental cree en la Ciencia como la “salvadora” del mundo. Existe cierto sentimiento de
  orgullo y prepotencia en esa sociedad, que se ve incrementado por los logros obtenidos

 De esta época es el desarrollo de la electricidad, del magnetismo y sus aplicaciones la era de
  las vacunas, la mejora de los transportes, las comunicaciones, el teléfono, el Telégrafo, los
  nuevos materiales para la construcción, la prensa a gran escala, las Colonizaciones, la
  bonanza económica de Europa y América...

 Sin embargo, todo este gran edificio terminaría por caer; y con él el sentimiento determinista y
  de seguridad en la Ciencia. Se inició aquí la SEGUNDA revolución en la Historia de la Ciencia.
1. La crisis de la física clásica en el micromundo

La segunda Revolución Científica. Resumen de sus comienzos
Mientras que hacia 1880-1890 los científicos consideraban que la Ciencia estaba asentada sobre principios
muy sólidos, una serie de NUEVOS descubrimientos derrumbaba en muy pocos años esas arraigadas ideas.
Algunos de esos descubrimientos fueron:

           Experimento NEGATIVO de Michelson

           La retrogradación del perihelio de Mercurio.

           Descubrimientos de nuevas partículas en el átomo y el comportamiento de éstos y sus espectros.

           La radiación del cuerpo negro y la cuantización de la energía.

           Las nuevas ideas de masa, espacio, tiempo y energía surgidas de la Relatividad de Einstein.

          El efecto fotoeléctrico y su imposibilidad de explicación en base a la física Clásica.

           Ideas de Heisemberg, y otros, sobre el carácter impredecible e indeterminista de la Naturaleza


Hubo, en cambio, científicos, que en lugar de hacer nuevos descubrimientos pasaron a plantearse
los mismos pilares inconmovibles de la ciencia. Los más importantes de todos ellos fueron Ernst
Mach y H. Poincarè.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

 2.1. La radiación del cuerpo negro
 Al incidir radiación sobre un cuerpo, parte de ésta es reflejada y parte absorbida, incrementando su
  temperatura. Al cesar la radiación, ese cuerpo tiende a emitir la radiación absorbida. Tómese de ejemplo un
  hierro calentado.

 La radiación que proviene de un cuerpo es la suma de la radiación propia y la que refleja, por tanto, para
  estudiar sólo la correspondiente a la emisión hay que diseñar “un cuerpo negro” (ideal)




Un cuerpo negro es aquel que absorbe todas las radiaciones, en consecuencia es también un emisor ideal
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
  Kirchoff demostró que el espectro de emisión de un cuerpo negro depende solo de la temperatura.

 La gráfica de emisión de un cuerpo negro (distribución espectral) nos indica la distribución de la energía
  en las distintas longitudes de onda para una determinada temperatura.




                   U.V                                                        I.R
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
Leyes empíricas que regían la radiación de un cuerpo negro:
 Ley de Stefan-Boltzmann:

     La intensidad de la radiación térmica de un cuerpo negro
     es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura
     absoluta




 Ley del desplazamiento de Wien:


     El producto de la longitud de onda correspondiente al
                                                                U.V   I.R
     máximo de emisión por la temperatura absoluta es
     constante
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
La forma de las gráficas de emisión y la teoría clásica



                              catástrofe del              Propuesta de Rayleigh-Jeans:
                              ultravioleta




                                    Ley                    Para longitudes de onda
                                    Rayleigh-               grandes     reproduce     los
                                    Jeans
                                                            resultados experimentales

                                                           Para                   0
                                                            fracasa,    prediciendo en
                                                            conjunto energía total por
 U.V                                                        unidad de volumen infinita:
                               en nm                       catástrofe ultravioleta
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
La forma de las gráficas de emisión y la hipótesis de Planck


  La energía emitida (cuanto de energía) por los osciladores atómicos no puede tomar cualquier valor
   sino que es múltiplo entero de una constante h multiplicada por la frecuencia del oscilador:




donde n es un número entero, h una constante denominada constante de Planck, 6,63·10-34 J·s y f la
frecuencia del oscilador


   El número de osciladores de baja frecuencia es muy superior al de osciladores de alta frecuencia.




                                      Para  grande                             De acuerdo con la ley de
                                                       
                                                                                Rayleigh-Jeans




                                      Para 0                                 Se evita la catástrofe del
                                                                                ultravioleta
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.1. La radiación del cuerpo negro
La forma de las gráficas de emisión y la hipótesis de Planck



                                            catástrofe del
                                            ultravioleta




                                                   Ley Rayleigh-
                                                   Jeans




                               Fórmula de
                                   Planck


        U.V
                                             en nm
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein




       El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un
        material metálico cuando se ilumina con radiación electromagnética.

       Fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887.

       Albert Einstein utilizó la teoría cuántica para resolver este misterio de
        la física.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno

                                                              Fuente
                       Vacío                                  luminosa




             Superficie
             metálica                                       Electrodo
                                                            positivo




           Fuente de
           tensión
                                      G            Detector
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno




                                               Si se hace incidir luz de al menos
                                                una      frecuencia    determinada
                                                f0, frecuencia umbral, en la
                                                superficie metálica, se emiten
                                                electrones. Es característica de
                                                cada metal.




                           G
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno




                                               Si la frecuencia es inferior a la
                                                umbral, no hay emisión de
                                                electrones aunque se aumente la
                                                intensidad luminosa.




                           G
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno




                                                Por encima de la frecuencia
                                                 umbral, un aumento de la
                                                 intensidad luminosa produce un
                                                 incremento     del   número  de
                                                 electrones emitidos, pero no de
                                                 energía cinética máxima.




                           G
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno

                                                 Si aumentamos la frecuencia por
                                                  encima de la umbral, aumenta la
                                                  energía cinética máxima de los
                                                  electrones.



                                               Ec




                           G
                                                              f0             f
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Descripción del fenómeno



                                               Para determinar la energía cinética
                                                de los electrones se invierte el
                                                potencial de las placas, de modo
                                                que los electrones se frenen y no
                                                lleguen a la otra placa. Este valor
                                                del potencial se llama potencial de
                                                frenado.




                           G
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein
    Explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico

     Einstein pensó que cada paquete de energía se comporta como una partícula de luz pequeña a la que
      llamó fotón.

     El dedujo que cada fotón debía tener una energía proporcional a la frecuencia de la luz,




     Por lo tanto, la luz debe tener una frecuencia suficientemente alta para superar la fuerza que mantiene
      unidos a los electrones en el metal

     Si la frecuencia de los fotones es mayor que entonces los electrones no sólo serán emitidos, sino
      también adquieren una cierta cantidad de energía cinética, tal que,




     Por otra parte, considere dos haces de luz que tienen la misma frecuencia pero difieren en intensidades.
      La frecuencia de ellos es mayor a la frecuencia característica. El rayo de luz más intenso tiene más
      fotones, por lo tanto, emite una mayor cantidad de electrones de la superficie metálica.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr

   Newton demostró que la luz blanca podía descomponerse en sus colores dando lugar al espectro continuo
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Espectros de emisión

     Se obtienen al descomponer las radiaciones de un cuerpo previamente excitado.
     Todos los sólidos y líquidos a la misma temperatura tienen el mismo espectro de emisión continua




     Los espectros emitidos por gases calentados son espectros discontinuos, formados por rayas
      luminosas, característicos de cada elemento.




                                          espectro del Mercurio.
                                       espectro del Mercurio.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Espectros de absorción

     Resultan de intercalar una determinada sustancia entre una fuente de luz y un prisma.
     Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar un sólido (por ejemplo, un vidrio azul)
      entre la fuente de luz y el prisma. En el ejemplo, se absorberán todas la radiaciones menos el azul.

                                                  480 nm




     Los espectros de absorción discontinuos se obtienen al intercalar un gas entre la fuente de luz y el
      prisma. Se observan bandas o rayas situadas en la misma longitud de onda que sus espectros de
      emisión.




                                          espectro del Mercurio.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr



                                                 Espectro de absorción del Carbono



                                                 Espectro de emisión del Carbono




                                                 Espectro de absorción del Oxígeno



                                                 Espectro de emisión del Oxígeno
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Espectros del hidrógeno

     El primer espectro que se analizó fue el del átomo de Hidrógeno.

                            Espectro de absorción del Hidrógeno




                              Espectro de emisión del Hidrógeno




     En 1885 Balmer estudiando la zona visible del espectro de emisión del átomo de hidrógeno,
      encontró una expresión que permitía predecir dónde salen las rayas.

                                                  es la longitud de onda de la raya

                                                 R es la constante de Rydberg y vale 1,097·107 m-1

                                                 n es un número entero mayor que 2
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Espectros del hidrógeno

     Posteriormente Rydberg y Ritz descubrieron que el hidrógeno presenta rayas en el ultravioleta y
      el infrarrojo, por lo que obtuvieron una expresión más general




                Serie                 n1                   n2                   Zona
        Lyman                         1                 2, 3, 4, …           Ultravioleta
        Balmer                        2                 3, 4, 5, …             Visible
        Paschen                       3                 4, 5, 6, …            Infrarrojo
        Brackett                      4                 5, 6, 7, …            Infrarrojo
        Pfund                         5                 6, 7, 8, …            Infrarrojo
        Humphreys                     6                  7, 8, …              Infrarrojo


       ¿A qué se deben estas líneas que aparecen en los espectros?
       ¿Por qué las series espectrales convergen?
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr

    En 1911 Rutherford estableció el siguiente modelo de átomo:

     Todo átomo está formado por un núcleo y corteza.
     El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño volumen, formado por un número de protones igual al
      número atómico y de neutrones igual a la diferencia entre la masa atómica y el número atómico,
      donde se concentra toda la masa atómica.

     Existiendo un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza.

     Los electrones giran a grandes distancias del núcleo de modo que la fuerza electrostática hace
      el papel de fuerza centrípeta.
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr

   El modelo atómico de Rutherford presenta dos inconvenientes notables.
   a) Contradice las leyes del electromagnetismo ya que el electrón debería emitir energía radiante al
      girar, perdiendo energía y cayendo finalmente sobre el núcleo.
   b) No explica los espectros discontinuos formados por rayas de frecuencias determinadas.



   Niels Bohr modifica el modelo de Rutherford respetando la idea de
   orbitas circulares de los electrones, pero aplica la teoría cuántica de
   Max Planck, según ésta, la emisión de energía radiante no se hace de
   forma continua sino en forma de cantidades discretas, cuantos de
   energía según la ecuación:




   Su estudio se basó en el átomo de H y en el de iones
   hidrogenoides, con un solo electrón.




                                                                                    Niels Bohr 1885-1962
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr

    El modelo de Bohr se basa en tres postulados:

    Primer postulado
    El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir ni absorber energía radiante.


    Segundo postulado
    Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero
    de h/2.

                                                                           n es el número cuántico principal


    Tercer Postulado

    Cuando el electrón pasa de una órbita a otra, absorbe o emite energía en forma de fotones cuya
    cantidad es:
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr
    Radio de las órbitas permitidas




                                      Teniendo en cuenta el 2º postulado:
                +




                                                                  n=3
                                        n=2
                             n=1


                         +
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr
    La energía de las órbitas permitidas




    Teniendo en cuenta el 2º postulado y la expresión para el radio de una órbita, la energía cinética se escribe:




   Igualmente, la energía potencial:




   Por lo que la energía total de un electrón en una órbita de Bohr:
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
         El átomo de Bohr
         La energía de las órbitas permitidas



E (eV)                                    0

                                         -1,51

          n=2
                                         -3,40




                                                  La diferencia de energías entre órbitas tiende a
                                                  disminuir conforme aumenta n.



          n=1
                                          -13,6
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr
    Energía emitida por un electrón al pasar de una órbita de energía superior a otra inferior




                E=hf
                          n2, E2



                          n1, E1




    De acuerdo con el 3er postulado de Bohr, la energía emitida en forma de cuantos (hf) será:




    Al sustituir los valores de las constantes, se obtiene la constante de Rydberg:
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr
    ¿Cómo se producen los espectros a la luz de la teoría de Bohr?

     Al suministrar energía de excitación, los electrones de los átomos pasan a niveles superiores, no
      todos los electrones al mismo nivel.


     Los electrones volverán a caer directamente al nivel inferior, sino que, podrán producirse
      transiciones intermedias.


     Los átomos solo emitirán energías correspondientes a las diferencia de energía entre las distintas
      órbitas.



     Cada una de estas energías corresponden a determinados valores de frecuencia que pueden caer
      dentro del espectro ultravioleta (serie de Lyman), visible (serie de Balmer) o infrarrojo (los demás).
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    El átomo de Bohr
    ¿Cómo se producen los espectros a la luz de la teoría de Bohr?

                                      SERIES ESPECTRALES
        n=
        n=5
                                                                          Pfund
        n=4
                                                               Brackett
        n=3
                                                Paschen

        n=2
                                  Balmer
                                                               E=hf


        n=1
                Lyman



                   Ultravioleta   Visible               Infrarrojo
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Modelo vectorial del átomo


     El modelo atómico de Bohr consigue buenos resultados para el
      átomo de hidrógeno e iones hidrogenoides pero no sirve para
      átomos polielectrónicos. Además tiene el inconveniente de estar
      basado en postulados empíricos de difícil justificación teórica.



      Cuando se construyeron espectroscopios con mayor poder de
       resolución, se observó que algunas rayas gruesas se desdoblaban
       en otras más finas de longitudes de ondas muy próximas.


                                                                             Zeeman 1865-1943
      Zeeman aplicando campos magnéticos a los átomos, consiguió la
       aparición de nuevas rayas lo que se conoce como efecto
       Zeeman.


      Aplicando campos eléctricos ocurre lo mismo (efecto Sbeck).



                                                                         Foto obtenida por Zeeman
2. Antecedentes de la mecánica cuántica

2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr
    Modelo vectorial del átomo

      Sommerfeld para explicar estos fenómenos introduce una serie de parámetros en el modelo de
       Bohr a los que llamó números cuánticos e introduce la idea de que las órbitas electrónicas no
       tienen que ser circulares:




   Arnold Sommerfeld 1869 -1951
      n    número cuántico principal. Toma valores de 1 en adelante.
      l    número cuántico azimutal o secundario. Toma valores de 0 a n-1. Es una medida de la
           excentricidad de la órbita, y las diferencias justifican el desdoblamiento de las rayas.
      m    número cuántico magnético. Toma valores de -1 a +1. Explica el efecto Zeeman.
      s    número cuántico spin. Toma los valores de + ½ y – ½ . Especifica el giro del electrón sobre sí
           mismo.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

  Situación de partida (principios de los años 20):

   La luz, en los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, muestra una naturaleza
    ondulatoria.

   La luz, en los fenómenos de emisión del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y la formación de
    espectros y otros, muestra una naturaleza corpuscular (fotones).

  Síntesis

   Louis de Broglie (1924).


  Bases de la Mecánica Cuántica

   Hipótesis de Louis de Broglie (1924).

   El principio de indeterminación de Heisenberg.

   La función de probabilidad de Schrödinger.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

3.1. Hipótesis de De Broglie
En 1924, el físico francés Louis de Broglie hizo el siguiente razonamiento:
 La naturaleza es sorprendentemente simétrica de muchas maneras.
 Nuestro universo observable está compuesto totalmente de luz y de materia.
 Teniendo en cuenta la dualidad onda-corpúsculo de la luz (Young-
  Einstein), quizás también la materia goce de esta cualidad.
La sugerencia de De Broglie quizás no hubiera recibido seria atención si no
hubiera predicho cuál debía ser la longitud de onda asociada a las llamadas
ondas de materia.

Toda partícula material en movimiento tiene un comportamiento ondulatorio.

De Broglie supuso que la longitud de onda de las ondas de materia predichas         Louis de Broglie 1892 -1987
debía estar dada por la misma relación aplicable a la luz, o sea:




que relaciona la longitud de onda de una onda luminosa con la cantidad de
movimiento de los fotones asociados con ella. La doble naturaleza de la luz se
muestra de una manera sorprendente en esta ecuación y también en la de
Planck (E=hf ). Ambas expresiones contiene en su estructura tanto el concepto
de onda como un concepto de partícula. De Broglie predijo que las longitudes de
ondas de las materias también debían estar dadas por la ecuación anterior, en
la cual "p" tendría que ser la cantidad de movimiento de la partícula de materia.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

3.1. Hipótesis de De Broglie
    La difracción e interferencia de los electrones

    En 1927, C.J. Davisson y L.H. Germer, descubrieron el fenómeno de la difracción de electrones:

     Al hacer pasar chorros de electrones por orificios circulares y rendijas se observa:
       Existen zonas de la placa fotográfica donde nunca llegan electrones (zonas prohibidas).

       Las zonas de incidencia de los electrones forman anillos concéntricos o bandas alternados con
        las zonas prohibidas, lo que acaba produciendo una imagen de difracción similar a la de la luz.

     Podemos extraer las siguiente conclusiones:

       Un electrón incide en un punto y lo ennegrece, comportamiento que pone de manifiesto un
        carácter corpuscular.

       Los puntos ennegrecidos permitidos están determinados, sin embargo, por propiedades
        ondulatorias.

       No podemos predecir en qué punto impactará un electrón: solo podemos hablar en
       términos de probabilidad e indicar en qué zonas podrá impactar y en qué zonas no lo hará.


      Experimento de la doble rendija
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

    3.2. El principio de indeterminación de Heisenberg
                                 Es imposible en un instante dado, determinar simultáneamente la posición y
                                 la cantidad de movimiento de una partícula (el momento lineal de ésta).




                                  En física sólo se pueden medir aquellas cantidades que tienen un significado real.
                                  Si pudiéramos enfocar un "supermicroscopio" sobre un electrón en un átomo y
                                  verlo moviéndose en una órbita, podríamos aceptar que existen tales órbitas. Ahora
                                  bien, vamos a demostrar que es fundamentalmente imposible hacer tal observación
                                  Por consiguiente afirmamos que tales órbitas no tienen significado físico.
                                  Observamos a la Luna moviéndose en torno a la Tierra mediante la luz solar que
                                  refleja hacia nosotros. Ahora bien, la luz comunica cantidad de movimiento lineal a
                                  un objeto del cual se refleja. En principio, esta luz reflejada debiera alterar el curso
                                  de la Luna en su órbita, aunque con poco que se reflexione al respecto salta a la
Werner Heisenberg 1901-1976       vista que este efecto perturbador es insignificante.
Para los electrones, la situación es totalmente diferente. En este caso también sólo podemos esperar "ver" al electrón
si le dirigimos luz, u otra partícula, para que nos la refleje. En este caso, el retroceso que experimenta el electrón
cuando la luz (el fotón) rebota en él, altera por completo el movimiento del electrón de una manera tal que no puede
evitarse y ni siquiera puede tomarse en cuenta para reconstruir el movimiento del electrón.
Si existieran órbitas como las imaginadas por Bohr, se dislocarían por completo al tratar de verificar su existencia.
Bajo estas circunstancias, preferimos decir que es la función de probabilidad, y no las órbitas, lo que representa la
realidad física. Nuestra imposibilidad inherente de describir los movimientos de los electrones a la manera clásica se
expresa mediante el principio de incertidumbre enunciado por Werner Heisenberg en 1927.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

3.2. El principio de indeterminación de Heisenberg
    Principio de indeterminación y relación con la mecánica clásica

   En el caso de partículas o cuerpos de masa m que se mueven con velocidad v, el principio de
   indeterminación se escribe:




    En el caso de que aumente la masa, el producto de las indeterminaciones tiende a disminuir y se acerca a
    cero. De esta manera ambas magnitudes se pueden determinar con gran precisión: principio de
    correlación.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

3.3. La función de probabilidad de Schrödinger

¿Por qué los electrones se mueven en órbitas estacionarias de energía?.

¿Por qué tienen comportamiento de onda?.
¿Cómo conocer la energía que posee un electrón y la posición de éste si
según el principio de incertidumbre nunca lograremos medirlo?

    La mecánica clásica no puede dar respuesta a estos interrogantes

En 1926, Erwin Schrödinger desarrolla una teoría según la cual las propiedades
corpusculares y ondulatorias de la materia no son mas que aspectos distintos
de una misma realidad.

La ecuación de onda de Schrödinger, describe el comportamiento y la
energía de las partículas submicroscópicas. Es una función análoga a las leyes
de Newton para los sólidos macroscópicos que incorpora tanto el carácter de      Erwin Schrödinger 1887-1962
partícula (en función de la masa) como el carácter de onda en términos de una
función de onda  (psi).




Schrödinger definió la función de onda  como una función matemática que sirve para caracterizar a un
sistema dado en función de las variables que lo definen.
3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica

3.3. La función de probabilidad de Schrödinger
                             Max Born realizó una interpretación probabilística de la función de onda de tal
                             manera que //2 calculado en un punto y un instante determinado, mide la
                             probabilidad de encontrar el sistema dado por la función de onda en ese
                             punto y en ese instante.  es una función de probabilidad.


                             A la región del espacio donde es más probable que se encuentre el electrón se
                             denomina orbital y viene expresado por una función de onda.

                             Al resolver la ecuación de onda, ésta sólo tiene solución para unos determinados
                             valores de la energía, que coinciden con los números cuánticos del modelo
                             vectorial de Bohr-Sommerfeld pero que adquieren un significado físico distinto.
    Max Born 1882-1970


n     Número Cuántico Principal: Proporciona el Nivel y la distancia promedio relativa del electrón al Núcleo.
      n posee valores de 1, 2, 3,....
l     Número Cuántico Azimutal: Proporciona el subnivel. cada orbital de un subnivel dado es equivalente
      en energía, en ausencia de un campo magnético. l posee valores desde 0 hasta n-1.
m Número Cuántico Magnético: Define la orientación del Orbital. m posee valores desde - l pasando por 0
  hasta +l.
s     Número Cuántico de Spin: Define el giro del Electrón. s posee valores de +1/2 y -1/2.
4. Conclusión

Consecuencias de la Mecánica Cuántica


     Se sustituye la idea de trayectorias precisas (órbitas) de Bohr por zonas de máxima
      probabilidad de halar el electrón (orbital).


     Se modifica el      concepto   de   electrón   (partícula)   como   “partícula   cargada
      negativamente”.


  Efecto túnel
  Reflexión y "tunelado" de un electrón dirigido hacia una
  barrera potencial. El punto resplandeciente moviéndose
  de derecha a izquierda es la sección reflejada del
  wavepacket. Un vislumbre puede observarse a la
  derecha de la barrera. Esta pequeña fracción del
  wavepacket atraviesa el túnel de una forma imposible
  para los sistemas clásicos. También es notable la
  interferencia de los contornos entre las ondas de
  emisión y de reflexión.

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Electromagnetismo
ElectromagnetismoElectromagnetismo
Electromagnetismokalige
 
Introducción a la Física de Partículas
Introducción a la Física de PartículasIntroducción a la Física de Partículas
Introducción a la Física de PartículasJesus Ruiz
 
Ley de ampere. ITO
Ley de ampere. ITOLey de ampere. ITO
Ley de ampere. ITOJuan Toledo
 
Campo magnetico
Campo magneticoCampo magnetico
Campo magneticoUO
 
Clase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoClase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoVicente Torres
 
Clase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoClase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoVicente Torres
 
6 introducc.. a la Fisica cuantica
6 introducc.. a la Fisica cuantica 6 introducc.. a la Fisica cuantica
6 introducc.. a la Fisica cuantica juan henrry flores
 
Principio de cuantificacion_de_cargas
Principio de cuantificacion_de_cargasPrincipio de cuantificacion_de_cargas
Principio de cuantificacion_de_cargasVICTORALFONSO57
 
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctricoEl efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctricoROBLESAMINTA
 
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicas
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicasPropiedades atómicas y sus variaciones periódicas
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicasAnhuar Vázquez Reyes
 
Cuadro conceptual
Cuadro conceptualCuadro conceptual
Cuadro conceptualmisael2194
 
Qué es la mecanica cuantica
Qué es la mecanica cuanticaQué es la mecanica cuantica
Qué es la mecanica cuanticaFisica_1
 

La actualidad más candente (20)

La física cuántica
La física cuánticaLa física cuántica
La física cuántica
 
Electromagnetismo
ElectromagnetismoElectromagnetismo
Electromagnetismo
 
Campo magnetico
Campo magneticoCampo magnetico
Campo magnetico
 
Introducción a la Física de Partículas
Introducción a la Física de PartículasIntroducción a la Física de Partículas
Introducción a la Física de Partículas
 
Ley de ampere. ITO
Ley de ampere. ITOLey de ampere. ITO
Ley de ampere. ITO
 
Campo magnetico
Campo magneticoCampo magnetico
Campo magnetico
 
Clase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoClase microscopio electronico
Clase microscopio electronico
 
Clase microscopio electronico
Clase microscopio electronicoClase microscopio electronico
Clase microscopio electronico
 
Electromagnetismo
ElectromagnetismoElectromagnetismo
Electromagnetismo
 
6 introducc.. a la Fisica cuantica
6 introducc.. a la Fisica cuantica 6 introducc.. a la Fisica cuantica
6 introducc.. a la Fisica cuantica
 
Principio de cuantificacion_de_cargas
Principio de cuantificacion_de_cargasPrincipio de cuantificacion_de_cargas
Principio de cuantificacion_de_cargas
 
TeoríA CláSica
TeoríA CláSicaTeoríA CláSica
TeoríA CláSica
 
MECÁNICA CUANTICA
MECÁNICA CUANTICAMECÁNICA CUANTICA
MECÁNICA CUANTICA
 
Modelo atómico de Dalton
Modelo atómico de DaltonModelo atómico de Dalton
Modelo atómico de Dalton
 
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctricoEl efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico
 
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicas
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicasPropiedades atómicas y sus variaciones periódicas
Propiedades atómicas y sus variaciones periódicas
 
Cuadro conceptual
Cuadro conceptualCuadro conceptual
Cuadro conceptual
 
Qué es la mecanica cuantica
Qué es la mecanica cuanticaQué es la mecanica cuantica
Qué es la mecanica cuantica
 
Física nuclear 2º Bachillerato
Física nuclear 2º BachilleratoFísica nuclear 2º Bachillerato
Física nuclear 2º Bachillerato
 
FISICA MODERNA
FISICA MODERNAFISICA MODERNA
FISICA MODERNA
 

Destacado

Fisica cuantica nuclear
Fisica cuantica nuclearFisica cuantica nuclear
Fisica cuantica nuclearfqcolindres
 
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDAD
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDADMECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDAD
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDADKarlita Bella
 
Teoría cuántica y estructura atómica
Teoría cuántica y estructura atómicaTeoría cuántica y estructura atómica
Teoría cuántica y estructura atómicamisael2194
 
Fisica cuantica y relatividad 37
Fisica cuantica y relatividad  37Fisica cuantica y relatividad  37
Fisica cuantica y relatividad 37Roy Marlon
 
Mapa conceptual, teoria cuantica.
Mapa conceptual, teoria cuantica.Mapa conceptual, teoria cuantica.
Mapa conceptual, teoria cuantica.misael2194
 
La mecánica cuántica
La mecánica cuánticaLa mecánica cuántica
La mecánica cuánticaPuribc
 
Clase teoria cuantica
Clase teoria cuanticaClase teoria cuantica
Clase teoria cuanticaRaul Chel
 
De Broglie wave equation - Derivation by SK
De Broglie wave equation - Derivation by SKDe Broglie wave equation - Derivation by SK
De Broglie wave equation - Derivation by SKStephen Kwong
 
EM Spectrum, de Broglie, PE Notes
EM Spectrum, de Broglie, PE NotesEM Spectrum, de Broglie, PE Notes
EM Spectrum, de Broglie, PE Notesdwsutherland
 
LINEAS ESPECTRALES ATOMO DE HIDROGENO
LINEAS ESPECTRALES  ATOMO DE HIDROGENOLINEAS ESPECTRALES  ATOMO DE HIDROGENO
LINEAS ESPECTRALES ATOMO DE HIDROGENOMarx Simpson
 
SK nature of matter waves [2 of 3]
SK  nature of matter waves [2 of 3]SK  nature of matter waves [2 of 3]
SK nature of matter waves [2 of 3]Stephen Kwong
 
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónica
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónicaTeoría mecánica cuántica y configuración electrónica
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónicaNildabel Acosta
 
PM [D01] Matter Waves
PM [D01] Matter WavesPM [D01] Matter Waves
PM [D01] Matter WavesStephen Kwong
 
PM [D02] de Broglie deriving the Equation
PM [D02] de Broglie deriving the EquationPM [D02] de Broglie deriving the Equation
PM [D02] de Broglie deriving the EquationStephen Kwong
 

Destacado (20)

Fisica cuantica nuclear
Fisica cuantica nuclearFisica cuantica nuclear
Fisica cuantica nuclear
 
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDAD
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDADMECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDAD
MECÁNICA CUÁNTICA, PRINCIPIOS DE LA RELATIVIDAD
 
Teoría cuántica y estructura atómica
Teoría cuántica y estructura atómicaTeoría cuántica y estructura atómica
Teoría cuántica y estructura atómica
 
Optica
OpticaOptica
Optica
 
Fisica cuantica y relatividad 37
Fisica cuantica y relatividad  37Fisica cuantica y relatividad  37
Fisica cuantica y relatividad 37
 
Mapa conceptual, teoria cuantica.
Mapa conceptual, teoria cuantica.Mapa conceptual, teoria cuantica.
Mapa conceptual, teoria cuantica.
 
La mecánica cuántica
La mecánica cuánticaLa mecánica cuántica
La mecánica cuántica
 
Presentación1
Presentación1Presentación1
Presentación1
 
ZP 12 LA RADIO DE PILAR
ZP 12 LA RADIO DE PILARZP 12 LA RADIO DE PILAR
ZP 12 LA RADIO DE PILAR
 
Método anticonceptivo
Método anticonceptivoMétodo anticonceptivo
Método anticonceptivo
 
Clase teoria cuantica
Clase teoria cuanticaClase teoria cuantica
Clase teoria cuantica
 
De Broglie wave equation - Derivation by SK
De Broglie wave equation - Derivation by SKDe Broglie wave equation - Derivation by SK
De Broglie wave equation - Derivation by SK
 
EM Spectrum, de Broglie, PE Notes
EM Spectrum, de Broglie, PE NotesEM Spectrum, de Broglie, PE Notes
EM Spectrum, de Broglie, PE Notes
 
LINEAS ESPECTRALES ATOMO DE HIDROGENO
LINEAS ESPECTRALES  ATOMO DE HIDROGENOLINEAS ESPECTRALES  ATOMO DE HIDROGENO
LINEAS ESPECTRALES ATOMO DE HIDROGENO
 
SK nature of matter waves [2 of 3]
SK  nature of matter waves [2 of 3]SK  nature of matter waves [2 of 3]
SK nature of matter waves [2 of 3]
 
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónica
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónicaTeoría mecánica cuántica y configuración electrónica
Teoría mecánica cuántica y configuración electrónica
 
PM [D01] Matter Waves
PM [D01] Matter WavesPM [D01] Matter Waves
PM [D01] Matter Waves
 
Phys 4190 lec (3)
Phys 4190 lec (3)Phys 4190 lec (3)
Phys 4190 lec (3)
 
Física cuántica
Física cuánticaFísica cuántica
Física cuántica
 
PM [D02] de Broglie deriving the Equation
PM [D02] de Broglie deriving the EquationPM [D02] de Broglie deriving the Equation
PM [D02] de Broglie deriving the Equation
 

Similar a 14. física moderna. fundamentos de mecánica cuántica

2f 07 bfisicacuantica
2f 07 bfisicacuantica2f 07 bfisicacuantica
2f 07 bfisicacuanticaCAL28
 
Introducción a la Física Moderna
Introducción a la Física ModernaIntroducción a la Física Moderna
Introducción a la Física Modernafederico63
 
Fisica moderna
Fisica modernaFisica moderna
Fisica modernaArhel
 
Fisica cuantica
Fisica cuanticaFisica cuantica
Fisica cuanticaguiller2mo
 
Física cuántica.pulgas
Física cuántica.pulgasFísica cuántica.pulgas
Física cuántica.pulgasquififluna
 
Física cuántica
Física cuánticaFísica cuántica
Física cuánticaquififluna
 
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectrico
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto FotoelectricoFísica cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectrico
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectricokerensanchez23
 
2f 07 a fisica cuantica
2f 07 a fisica cuantica2f 07 a fisica cuantica
2f 07 a fisica cuanticaCAL28
 
T8 cuantica
T8 cuanticaT8 cuantica
T8 cuanticamadenive
 
Física moderna y física atómica
Física moderna y física atómicaFísica moderna y física atómica
Física moderna y física atómicaIgnacio Espinoza
 
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01Lucas Crotti
 
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdf
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdfBREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdf
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdfMaraGutirrez384092
 
Introduccion A La Mecanica Cuantica
Introduccion A La Mecanica CuanticaIntroduccion A La Mecanica Cuantica
Introduccion A La Mecanica Cuanticafisikuni
 

Similar a 14. física moderna. fundamentos de mecánica cuántica (20)

2f 07 bfisicacuantica
2f 07 bfisicacuantica2f 07 bfisicacuantica
2f 07 bfisicacuantica
 
Introducción a la Física Moderna
Introducción a la Física ModernaIntroducción a la Física Moderna
Introducción a la Física Moderna
 
Fisica moderna
Fisica modernaFisica moderna
Fisica moderna
 
Fisica cuantica
Fisica cuanticaFisica cuantica
Fisica cuantica
 
198 fisica moderna
198  fisica moderna198  fisica moderna
198 fisica moderna
 
Física cuántica.pulgas
Física cuántica.pulgasFísica cuántica.pulgas
Física cuántica.pulgas
 
Física cuántica
Física cuánticaFísica cuántica
Física cuántica
 
Tema 7: Cuántica
Tema 7: CuánticaTema 7: Cuántica
Tema 7: Cuántica
 
MCI-Cap#1.pdf
MCI-Cap#1.pdfMCI-Cap#1.pdf
MCI-Cap#1.pdf
 
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectrico
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto FotoelectricoFísica cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectrico
Física cuántica, Efecto Compton y Efecto Fotoelectrico
 
2f 07 a fisica cuantica
2f 07 a fisica cuantica2f 07 a fisica cuantica
2f 07 a fisica cuantica
 
S3.ppt
S3.pptS3.ppt
S3.ppt
 
fisica cuantica
fisica cuanticafisica cuantica
fisica cuantica
 
T8 cuantica
T8 cuanticaT8 cuantica
T8 cuantica
 
Física moderna y física atómica
Física moderna y física atómicaFísica moderna y física atómica
Física moderna y física atómica
 
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01
Estructuraatmicaii 090419065105-phpapp01
 
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdf
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdfBREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdf
BREVE-INTRODUCCIÓN-A-LA-MECÁNICA-CUÁNTICA (1).pdf
 
Teoría cuántica
Teoría cuánticaTeoría cuántica
Teoría cuántica
 
1 Estructura materia parte a
1 Estructura materia parte a1 Estructura materia parte a
1 Estructura materia parte a
 
Introduccion A La Mecanica Cuantica
Introduccion A La Mecanica CuanticaIntroduccion A La Mecanica Cuantica
Introduccion A La Mecanica Cuantica
 

Último

Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamica
Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamicaFactores ecosistemas: interacciones, energia y dinamica
Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamicaFlor Idalia Espinoza Ortega
 
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria 2024 Ccesa007.pdf
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria   2024   Ccesa007.pdfPlanificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria   2024   Ccesa007.pdf
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria 2024 Ccesa007.pdfDemetrio Ccesa Rayme
 
Introducción:Los objetivos de Desarrollo Sostenible
Introducción:Los objetivos de Desarrollo SostenibleIntroducción:Los objetivos de Desarrollo Sostenible
Introducción:Los objetivos de Desarrollo SostenibleJonathanCovena1
 
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPE
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPEPlan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPE
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPELaura Chacón
 
Historia y técnica del collage en el arte
Historia y técnica del collage en el arteHistoria y técnica del collage en el arte
Historia y técnica del collage en el arteRaquel Martín Contreras
 
GLOSAS Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docx
GLOSAS  Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docxGLOSAS  Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docx
GLOSAS Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docxAleParedes11
 
Identificación de componentes Hardware del PC
Identificación de componentes Hardware del PCIdentificación de componentes Hardware del PC
Identificación de componentes Hardware del PCCesarFernandez937857
 
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...Carlos Muñoz
 
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptx
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptxOLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptx
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptxjosetrinidadchavez
 
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptx
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptxLINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptx
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptxdanalikcruz2000
 
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativo
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativoHeinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativo
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativoFundación YOD YOD
 
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA en la vida.
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA  en la vida.EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA  en la vida.
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA en la vida.DaluiMonasterio
 
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parte
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parteUnidad II Doctrina de la Iglesia 1 parte
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parteJuan Hernandez
 
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticos
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticostexto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticos
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticosisabeltrejoros
 
La Función tecnológica del tutor.pptx
La  Función  tecnológica  del tutor.pptxLa  Función  tecnológica  del tutor.pptx
La Función tecnológica del tutor.pptxJunkotantik
 
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docxCeciliaGuerreroGonza1
 
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdfBaker Publishing Company
 
Movimientos Precursores de La Independencia en Venezuela
Movimientos Precursores de La Independencia en VenezuelaMovimientos Precursores de La Independencia en Venezuela
Movimientos Precursores de La Independencia en Venezuelacocuyelquemao
 
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdf
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdfHerramientas de Inteligencia Artificial.pdf
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdfMARIAPAULAMAHECHAMOR
 

Último (20)

Power Point: "Defendamos la verdad".pptx
Power Point: "Defendamos la verdad".pptxPower Point: "Defendamos la verdad".pptx
Power Point: "Defendamos la verdad".pptx
 
Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamica
Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamicaFactores ecosistemas: interacciones, energia y dinamica
Factores ecosistemas: interacciones, energia y dinamica
 
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria 2024 Ccesa007.pdf
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria   2024   Ccesa007.pdfPlanificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria   2024   Ccesa007.pdf
Planificacion Anual 2do Grado Educacion Primaria 2024 Ccesa007.pdf
 
Introducción:Los objetivos de Desarrollo Sostenible
Introducción:Los objetivos de Desarrollo SostenibleIntroducción:Los objetivos de Desarrollo Sostenible
Introducción:Los objetivos de Desarrollo Sostenible
 
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPE
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPEPlan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPE
Plan Año Escolar Año Escolar 2023-2024. MPPE
 
Historia y técnica del collage en el arte
Historia y técnica del collage en el arteHistoria y técnica del collage en el arte
Historia y técnica del collage en el arte
 
GLOSAS Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docx
GLOSAS  Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docxGLOSAS  Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docx
GLOSAS Y PALABRAS ACTO 2 DE ABRIL 2024.docx
 
Identificación de componentes Hardware del PC
Identificación de componentes Hardware del PCIdentificación de componentes Hardware del PC
Identificación de componentes Hardware del PC
 
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...
Plan Refuerzo Escolar 2024 para estudiantes con necesidades de Aprendizaje en...
 
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptx
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptxOLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptx
OLIMPIADA DEL CONOCIMIENTO INFANTIL 2024.pptx
 
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptx
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptxLINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptx
LINEAMIENTOS INICIO DEL AÑO LECTIVO 2024-2025.pptx
 
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativo
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativoHeinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativo
Heinsohn Privacidad y Ciberseguridad para el sector educativo
 
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA en la vida.
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA  en la vida.EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA  en la vida.
EXPECTATIVAS vs PERSPECTIVA en la vida.
 
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parte
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parteUnidad II Doctrina de la Iglesia 1 parte
Unidad II Doctrina de la Iglesia 1 parte
 
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticos
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticostexto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticos
texto argumentativo, ejemplos y ejercicios prácticos
 
La Función tecnológica del tutor.pptx
La  Función  tecnológica  del tutor.pptxLa  Función  tecnológica  del tutor.pptx
La Función tecnológica del tutor.pptx
 
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx
6° SEM30 WORD PLANEACIÓN PROYECTOS DARUKEL 23-24.docx
 
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf
2024 - Expo Visibles - Visibilidad Lesbica.pdf
 
Movimientos Precursores de La Independencia en Venezuela
Movimientos Precursores de La Independencia en VenezuelaMovimientos Precursores de La Independencia en Venezuela
Movimientos Precursores de La Independencia en Venezuela
 
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdf
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdfHerramientas de Inteligencia Artificial.pdf
Herramientas de Inteligencia Artificial.pdf
 

14. física moderna. fundamentos de mecánica cuántica

  • 1. FÍSICA MODERNA Fundamentos de Mecánica Cuántica Rafael Artacho Cañadas · Física 2º Bachillerato
  • 2. ÍNDICE 1. La crisis de la física clásica en el micromundo 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 4. Conclusión
  • 3. 1. La crisis de la física clásica en el micromundo MECANICA TERMODINÁMICA Newton 1686 Fma Ec. del movimiento Clausius 1822 ELECTROMAGNETISMO Maxwell 1865
  • 4. 1. La crisis de la física clásica en el micromundo  La etapa europea que va desde 1870 a 1900 se caracterizó por ser el momento más glorioso de la ciencia experimental y del mayor descrédito de cualquier otro procedimiento distinto al científico para escrutar la Naturaleza y la realidad.  Esta actitud “cientifista” inundaba absolutamente TODOS los modos de vida y de pensamiento de una época que ha pasado a denominarse POSITIVISTA.  Se desarrollan a un ritmo vertiginoso TODAS las ramas de la Ciencia, y la Sociedad Occidental cree en la Ciencia como la “salvadora” del mundo. Existe cierto sentimiento de orgullo y prepotencia en esa sociedad, que se ve incrementado por los logros obtenidos  De esta época es el desarrollo de la electricidad, del magnetismo y sus aplicaciones la era de las vacunas, la mejora de los transportes, las comunicaciones, el teléfono, el Telégrafo, los nuevos materiales para la construcción, la prensa a gran escala, las Colonizaciones, la bonanza económica de Europa y América...  Sin embargo, todo este gran edificio terminaría por caer; y con él el sentimiento determinista y de seguridad en la Ciencia. Se inició aquí la SEGUNDA revolución en la Historia de la Ciencia.
  • 5. 1. La crisis de la física clásica en el micromundo La segunda Revolución Científica. Resumen de sus comienzos Mientras que hacia 1880-1890 los científicos consideraban que la Ciencia estaba asentada sobre principios muy sólidos, una serie de NUEVOS descubrimientos derrumbaba en muy pocos años esas arraigadas ideas. Algunos de esos descubrimientos fueron:  Experimento NEGATIVO de Michelson  La retrogradación del perihelio de Mercurio.  Descubrimientos de nuevas partículas en el átomo y el comportamiento de éstos y sus espectros.  La radiación del cuerpo negro y la cuantización de la energía.  Las nuevas ideas de masa, espacio, tiempo y energía surgidas de la Relatividad de Einstein.  El efecto fotoeléctrico y su imposibilidad de explicación en base a la física Clásica.  Ideas de Heisemberg, y otros, sobre el carácter impredecible e indeterminista de la Naturaleza Hubo, en cambio, científicos, que en lugar de hacer nuevos descubrimientos pasaron a plantearse los mismos pilares inconmovibles de la ciencia. Los más importantes de todos ellos fueron Ernst Mach y H. Poincarè.
  • 6. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro
  • 7. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro  Al incidir radiación sobre un cuerpo, parte de ésta es reflejada y parte absorbida, incrementando su temperatura. Al cesar la radiación, ese cuerpo tiende a emitir la radiación absorbida. Tómese de ejemplo un hierro calentado.  La radiación que proviene de un cuerpo es la suma de la radiación propia y la que refleja, por tanto, para estudiar sólo la correspondiente a la emisión hay que diseñar “un cuerpo negro” (ideal) Un cuerpo negro es aquel que absorbe todas las radiaciones, en consecuencia es también un emisor ideal
  • 8. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro  Kirchoff demostró que el espectro de emisión de un cuerpo negro depende solo de la temperatura.  La gráfica de emisión de un cuerpo negro (distribución espectral) nos indica la distribución de la energía en las distintas longitudes de onda para una determinada temperatura. U.V I.R
  • 9. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro Leyes empíricas que regían la radiación de un cuerpo negro:  Ley de Stefan-Boltzmann: La intensidad de la radiación térmica de un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta  Ley del desplazamiento de Wien: El producto de la longitud de onda correspondiente al U.V I.R máximo de emisión por la temperatura absoluta es constante
  • 10. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro La forma de las gráficas de emisión y la teoría clásica catástrofe del Propuesta de Rayleigh-Jeans: ultravioleta Ley  Para longitudes de onda Rayleigh- grandes reproduce los Jeans resultados experimentales  Para   0 fracasa, prediciendo en conjunto energía total por U.V unidad de volumen infinita:  en nm catástrofe ultravioleta
  • 11. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro La forma de las gráficas de emisión y la hipótesis de Planck La energía emitida (cuanto de energía) por los osciladores atómicos no puede tomar cualquier valor sino que es múltiplo entero de una constante h multiplicada por la frecuencia del oscilador: donde n es un número entero, h una constante denominada constante de Planck, 6,63·10-34 J·s y f la frecuencia del oscilador  El número de osciladores de baja frecuencia es muy superior al de osciladores de alta frecuencia. Para  grande De acuerdo con la ley de  Rayleigh-Jeans Para 0  Se evita la catástrofe del ultravioleta
  • 12. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.1. La radiación del cuerpo negro La forma de las gráficas de emisión y la hipótesis de Planck catástrofe del ultravioleta Ley Rayleigh- Jeans Fórmula de Planck U.V  en nm
  • 13. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein  El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material metálico cuando se ilumina con radiación electromagnética.  Fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887.  Albert Einstein utilizó la teoría cuántica para resolver este misterio de la física.
  • 14. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno Fuente Vacío luminosa Superficie metálica Electrodo positivo Fuente de tensión G Detector
  • 15. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno  Si se hace incidir luz de al menos una frecuencia determinada f0, frecuencia umbral, en la superficie metálica, se emiten electrones. Es característica de cada metal. G
  • 16. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno  Si la frecuencia es inferior a la umbral, no hay emisión de electrones aunque se aumente la intensidad luminosa. G
  • 17. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno  Por encima de la frecuencia umbral, un aumento de la intensidad luminosa produce un incremento del número de electrones emitidos, pero no de energía cinética máxima. G
  • 18. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno  Si aumentamos la frecuencia por encima de la umbral, aumenta la energía cinética máxima de los electrones. Ec G f0 f
  • 19. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Descripción del fenómeno  Para determinar la energía cinética de los electrones se invierte el potencial de las placas, de modo que los electrones se frenen y no lleguen a la otra placa. Este valor del potencial se llama potencial de frenado. G
  • 20. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein Explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico  Einstein pensó que cada paquete de energía se comporta como una partícula de luz pequeña a la que llamó fotón.  El dedujo que cada fotón debía tener una energía proporcional a la frecuencia de la luz,  Por lo tanto, la luz debe tener una frecuencia suficientemente alta para superar la fuerza que mantiene unidos a los electrones en el metal  Si la frecuencia de los fotones es mayor que entonces los electrones no sólo serán emitidos, sino también adquieren una cierta cantidad de energía cinética, tal que,  Por otra parte, considere dos haces de luz que tienen la misma frecuencia pero difieren en intensidades. La frecuencia de ellos es mayor a la frecuencia característica. El rayo de luz más intenso tiene más fotones, por lo tanto, emite una mayor cantidad de electrones de la superficie metálica.
  • 21. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Newton demostró que la luz blanca podía descomponerse en sus colores dando lugar al espectro continuo
  • 22. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Espectros de emisión  Se obtienen al descomponer las radiaciones de un cuerpo previamente excitado.  Todos los sólidos y líquidos a la misma temperatura tienen el mismo espectro de emisión continua  Los espectros emitidos por gases calentados son espectros discontinuos, formados por rayas luminosas, característicos de cada elemento. espectro del Mercurio. espectro del Mercurio.
  • 23. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Espectros de absorción  Resultan de intercalar una determinada sustancia entre una fuente de luz y un prisma.  Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar un sólido (por ejemplo, un vidrio azul) entre la fuente de luz y el prisma. En el ejemplo, se absorberán todas la radiaciones menos el azul. 480 nm  Los espectros de absorción discontinuos se obtienen al intercalar un gas entre la fuente de luz y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas en la misma longitud de onda que sus espectros de emisión. espectro del Mercurio.
  • 24. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Espectro de absorción del Carbono Espectro de emisión del Carbono Espectro de absorción del Oxígeno Espectro de emisión del Oxígeno
  • 25. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Espectros del hidrógeno  El primer espectro que se analizó fue el del átomo de Hidrógeno. Espectro de absorción del Hidrógeno Espectro de emisión del Hidrógeno  En 1885 Balmer estudiando la zona visible del espectro de emisión del átomo de hidrógeno, encontró una expresión que permitía predecir dónde salen las rayas.  es la longitud de onda de la raya R es la constante de Rydberg y vale 1,097·107 m-1 n es un número entero mayor que 2
  • 26. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Espectros del hidrógeno  Posteriormente Rydberg y Ritz descubrieron que el hidrógeno presenta rayas en el ultravioleta y el infrarrojo, por lo que obtuvieron una expresión más general Serie n1 n2 Zona Lyman 1 2, 3, 4, … Ultravioleta Balmer 2 3, 4, 5, … Visible Paschen 3 4, 5, 6, … Infrarrojo Brackett 4 5, 6, 7, … Infrarrojo Pfund 5 6, 7, 8, … Infrarrojo Humphreys 6 7, 8, … Infrarrojo  ¿A qué se deben estas líneas que aparecen en los espectros?  ¿Por qué las series espectrales convergen?
  • 27. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr En 1911 Rutherford estableció el siguiente modelo de átomo:  Todo átomo está formado por un núcleo y corteza.  El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño volumen, formado por un número de protones igual al número atómico y de neutrones igual a la diferencia entre la masa atómica y el número atómico, donde se concentra toda la masa atómica.  Existiendo un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza.  Los electrones giran a grandes distancias del núcleo de modo que la fuerza electrostática hace el papel de fuerza centrípeta.
  • 28. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr El modelo atómico de Rutherford presenta dos inconvenientes notables. a) Contradice las leyes del electromagnetismo ya que el electrón debería emitir energía radiante al girar, perdiendo energía y cayendo finalmente sobre el núcleo. b) No explica los espectros discontinuos formados por rayas de frecuencias determinadas. Niels Bohr modifica el modelo de Rutherford respetando la idea de orbitas circulares de los electrones, pero aplica la teoría cuántica de Max Planck, según ésta, la emisión de energía radiante no se hace de forma continua sino en forma de cantidades discretas, cuantos de energía según la ecuación: Su estudio se basó en el átomo de H y en el de iones hidrogenoides, con un solo electrón. Niels Bohr 1885-1962
  • 29. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr El modelo de Bohr se basa en tres postulados: Primer postulado El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir ni absorber energía radiante. Segundo postulado Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero de h/2. n es el número cuántico principal Tercer Postulado Cuando el electrón pasa de una órbita a otra, absorbe o emite energía en forma de fotones cuya cantidad es:
  • 30. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr Radio de las órbitas permitidas Teniendo en cuenta el 2º postulado: + n=3 n=2 n=1 +
  • 31. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr La energía de las órbitas permitidas Teniendo en cuenta el 2º postulado y la expresión para el radio de una órbita, la energía cinética se escribe: Igualmente, la energía potencial: Por lo que la energía total de un electrón en una órbita de Bohr:
  • 32. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr La energía de las órbitas permitidas E (eV) 0 -1,51 n=2 -3,40 La diferencia de energías entre órbitas tiende a disminuir conforme aumenta n. n=1 -13,6
  • 33. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr Energía emitida por un electrón al pasar de una órbita de energía superior a otra inferior E=hf n2, E2 n1, E1 De acuerdo con el 3er postulado de Bohr, la energía emitida en forma de cuantos (hf) será: Al sustituir los valores de las constantes, se obtiene la constante de Rydberg:
  • 34. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr ¿Cómo se producen los espectros a la luz de la teoría de Bohr?  Al suministrar energía de excitación, los electrones de los átomos pasan a niveles superiores, no todos los electrones al mismo nivel.  Los electrones volverán a caer directamente al nivel inferior, sino que, podrán producirse transiciones intermedias.  Los átomos solo emitirán energías correspondientes a las diferencia de energía entre las distintas órbitas.  Cada una de estas energías corresponden a determinados valores de frecuencia que pueden caer dentro del espectro ultravioleta (serie de Lyman), visible (serie de Balmer) o infrarrojo (los demás).
  • 35. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr El átomo de Bohr ¿Cómo se producen los espectros a la luz de la teoría de Bohr? SERIES ESPECTRALES n= n=5 Pfund n=4 Brackett n=3 Paschen n=2 Balmer E=hf n=1 Lyman Ultravioleta Visible Infrarrojo
  • 36. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Modelo vectorial del átomo  El modelo atómico de Bohr consigue buenos resultados para el átomo de hidrógeno e iones hidrogenoides pero no sirve para átomos polielectrónicos. Además tiene el inconveniente de estar basado en postulados empíricos de difícil justificación teórica.  Cuando se construyeron espectroscopios con mayor poder de resolución, se observó que algunas rayas gruesas se desdoblaban en otras más finas de longitudes de ondas muy próximas. Zeeman 1865-1943  Zeeman aplicando campos magnéticos a los átomos, consiguió la aparición de nuevas rayas lo que se conoce como efecto Zeeman.  Aplicando campos eléctricos ocurre lo mismo (efecto Sbeck). Foto obtenida por Zeeman
  • 37. 2. Antecedentes de la mecánica cuántica 2.3. Los espectros atómicos y el átomo de Bohr Modelo vectorial del átomo  Sommerfeld para explicar estos fenómenos introduce una serie de parámetros en el modelo de Bohr a los que llamó números cuánticos e introduce la idea de que las órbitas electrónicas no tienen que ser circulares: Arnold Sommerfeld 1869 -1951 n número cuántico principal. Toma valores de 1 en adelante. l número cuántico azimutal o secundario. Toma valores de 0 a n-1. Es una medida de la excentricidad de la órbita, y las diferencias justifican el desdoblamiento de las rayas. m número cuántico magnético. Toma valores de -1 a +1. Explica el efecto Zeeman. s número cuántico spin. Toma los valores de + ½ y – ½ . Especifica el giro del electrón sobre sí mismo.
  • 38. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica Situación de partida (principios de los años 20):  La luz, en los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, muestra una naturaleza ondulatoria.  La luz, en los fenómenos de emisión del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y la formación de espectros y otros, muestra una naturaleza corpuscular (fotones). Síntesis  Louis de Broglie (1924). Bases de la Mecánica Cuántica  Hipótesis de Louis de Broglie (1924).  El principio de indeterminación de Heisenberg.  La función de probabilidad de Schrödinger.
  • 39. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.1. Hipótesis de De Broglie En 1924, el físico francés Louis de Broglie hizo el siguiente razonamiento:  La naturaleza es sorprendentemente simétrica de muchas maneras.  Nuestro universo observable está compuesto totalmente de luz y de materia.  Teniendo en cuenta la dualidad onda-corpúsculo de la luz (Young- Einstein), quizás también la materia goce de esta cualidad. La sugerencia de De Broglie quizás no hubiera recibido seria atención si no hubiera predicho cuál debía ser la longitud de onda asociada a las llamadas ondas de materia. Toda partícula material en movimiento tiene un comportamiento ondulatorio. De Broglie supuso que la longitud de onda de las ondas de materia predichas Louis de Broglie 1892 -1987 debía estar dada por la misma relación aplicable a la luz, o sea: que relaciona la longitud de onda de una onda luminosa con la cantidad de movimiento de los fotones asociados con ella. La doble naturaleza de la luz se muestra de una manera sorprendente en esta ecuación y también en la de Planck (E=hf ). Ambas expresiones contiene en su estructura tanto el concepto de onda como un concepto de partícula. De Broglie predijo que las longitudes de ondas de las materias también debían estar dadas por la ecuación anterior, en la cual "p" tendría que ser la cantidad de movimiento de la partícula de materia.
  • 40. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.1. Hipótesis de De Broglie La difracción e interferencia de los electrones En 1927, C.J. Davisson y L.H. Germer, descubrieron el fenómeno de la difracción de electrones:  Al hacer pasar chorros de electrones por orificios circulares y rendijas se observa:  Existen zonas de la placa fotográfica donde nunca llegan electrones (zonas prohibidas).  Las zonas de incidencia de los electrones forman anillos concéntricos o bandas alternados con las zonas prohibidas, lo que acaba produciendo una imagen de difracción similar a la de la luz.  Podemos extraer las siguiente conclusiones:  Un electrón incide en un punto y lo ennegrece, comportamiento que pone de manifiesto un carácter corpuscular.  Los puntos ennegrecidos permitidos están determinados, sin embargo, por propiedades ondulatorias. No podemos predecir en qué punto impactará un electrón: solo podemos hablar en términos de probabilidad e indicar en qué zonas podrá impactar y en qué zonas no lo hará. Experimento de la doble rendija
  • 41. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.2. El principio de indeterminación de Heisenberg Es imposible en un instante dado, determinar simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula (el momento lineal de ésta). En física sólo se pueden medir aquellas cantidades que tienen un significado real. Si pudiéramos enfocar un "supermicroscopio" sobre un electrón en un átomo y verlo moviéndose en una órbita, podríamos aceptar que existen tales órbitas. Ahora bien, vamos a demostrar que es fundamentalmente imposible hacer tal observación Por consiguiente afirmamos que tales órbitas no tienen significado físico. Observamos a la Luna moviéndose en torno a la Tierra mediante la luz solar que refleja hacia nosotros. Ahora bien, la luz comunica cantidad de movimiento lineal a un objeto del cual se refleja. En principio, esta luz reflejada debiera alterar el curso de la Luna en su órbita, aunque con poco que se reflexione al respecto salta a la Werner Heisenberg 1901-1976 vista que este efecto perturbador es insignificante. Para los electrones, la situación es totalmente diferente. En este caso también sólo podemos esperar "ver" al electrón si le dirigimos luz, u otra partícula, para que nos la refleje. En este caso, el retroceso que experimenta el electrón cuando la luz (el fotón) rebota en él, altera por completo el movimiento del electrón de una manera tal que no puede evitarse y ni siquiera puede tomarse en cuenta para reconstruir el movimiento del electrón. Si existieran órbitas como las imaginadas por Bohr, se dislocarían por completo al tratar de verificar su existencia. Bajo estas circunstancias, preferimos decir que es la función de probabilidad, y no las órbitas, lo que representa la realidad física. Nuestra imposibilidad inherente de describir los movimientos de los electrones a la manera clásica se expresa mediante el principio de incertidumbre enunciado por Werner Heisenberg en 1927.
  • 42. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.2. El principio de indeterminación de Heisenberg Principio de indeterminación y relación con la mecánica clásica En el caso de partículas o cuerpos de masa m que se mueven con velocidad v, el principio de indeterminación se escribe: En el caso de que aumente la masa, el producto de las indeterminaciones tiende a disminuir y se acerca a cero. De esta manera ambas magnitudes se pueden determinar con gran precisión: principio de correlación.
  • 43. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.3. La función de probabilidad de Schrödinger ¿Por qué los electrones se mueven en órbitas estacionarias de energía?. ¿Por qué tienen comportamiento de onda?. ¿Cómo conocer la energía que posee un electrón y la posición de éste si según el principio de incertidumbre nunca lograremos medirlo? La mecánica clásica no puede dar respuesta a estos interrogantes En 1926, Erwin Schrödinger desarrolla una teoría según la cual las propiedades corpusculares y ondulatorias de la materia no son mas que aspectos distintos de una misma realidad. La ecuación de onda de Schrödinger, describe el comportamiento y la energía de las partículas submicroscópicas. Es una función análoga a las leyes de Newton para los sólidos macroscópicos que incorpora tanto el carácter de Erwin Schrödinger 1887-1962 partícula (en función de la masa) como el carácter de onda en términos de una función de onda  (psi). Schrödinger definió la función de onda  como una función matemática que sirve para caracterizar a un sistema dado en función de las variables que lo definen.
  • 44. 3. Nacimiento y principios de la mecánica cuántica 3.3. La función de probabilidad de Schrödinger Max Born realizó una interpretación probabilística de la función de onda de tal manera que //2 calculado en un punto y un instante determinado, mide la probabilidad de encontrar el sistema dado por la función de onda en ese punto y en ese instante.  es una función de probabilidad. A la región del espacio donde es más probable que se encuentre el electrón se denomina orbital y viene expresado por una función de onda. Al resolver la ecuación de onda, ésta sólo tiene solución para unos determinados valores de la energía, que coinciden con los números cuánticos del modelo vectorial de Bohr-Sommerfeld pero que adquieren un significado físico distinto. Max Born 1882-1970 n Número Cuántico Principal: Proporciona el Nivel y la distancia promedio relativa del electrón al Núcleo. n posee valores de 1, 2, 3,.... l Número Cuántico Azimutal: Proporciona el subnivel. cada orbital de un subnivel dado es equivalente en energía, en ausencia de un campo magnético. l posee valores desde 0 hasta n-1. m Número Cuántico Magnético: Define la orientación del Orbital. m posee valores desde - l pasando por 0 hasta +l. s Número Cuántico de Spin: Define el giro del Electrón. s posee valores de +1/2 y -1/2.
  • 45. 4. Conclusión Consecuencias de la Mecánica Cuántica  Se sustituye la idea de trayectorias precisas (órbitas) de Bohr por zonas de máxima probabilidad de halar el electrón (orbital).  Se modifica el concepto de electrón (partícula) como “partícula cargada negativamente”. Efecto túnel Reflexión y "tunelado" de un electrón dirigido hacia una barrera potencial. El punto resplandeciente moviéndose de derecha a izquierda es la sección reflejada del wavepacket. Un vislumbre puede observarse a la derecha de la barrera. Esta pequeña fracción del wavepacket atraviesa el túnel de una forma imposible para los sistemas clásicos. También es notable la interferencia de los contornos entre las ondas de emisión y de reflexión.