1. FISICA CLÁSICA FÍSICA CUÁNTICA
Es determinista: Es probabilística:
Si sabemos la posición y la velocidad de un objeto, se Nunca se puede saber con seguridad absoluta en que
puede determinar donde va. se convertirá una cosa en concreto.
Es holística:
Es reduccionista:
El Universo es un todo unificado cuyas partes
Si se conocen las distintas partes, se entiende el todo.
interactúan unas con otras.
El observador observa el Universo El observador influye en lo observado y participa
Es aplicable al mundo en gran escala, pero no al
Aplicable a todas las escalas del mundo.
mundo subatómico.
Es imposible observar la realidad sin cambiarla. Somos
Es posible observar la realidad sin cambiarla
la naturaleza, la naturaleza se estudia a sí misma.
Se basa en el conocimiento de “tendencias a existir”, o
Se basa en el conocimiento de “verdades absolutas”
“tendencias a ocurrir”

2. LA TEORÍA
La mecánica cuántica describe el estado instantáneo de un sistema (estado cuántico)
con una función de ondas que codifica la distribución de probabilidad de todas las
propiedades medibles, u observables. Algunos observables posibles sobre un sistema
dado son la energía, posición, momento y momento angular. La mecánica cuántica no
asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre sus
distribuciones de probabilidad. Las propiedades ondulatorias de la materia son
explicadas por la interferencia de las funciones de onda.
Estas funciones de onda pueden transformarse con el transcurso del tiempo. Por
ejemplo, una partícula moviéndose en el espacio vacío puede ser descrita mediante una
función de onda que es un paquete de ondas centrado alrededor de alguna posición
media. Según pasa el tiempo, el centro del paquete puede trasladarse, cambiar, de modo
que la partícula parece estar localizada más precisamente en otro lugar. La evolución
temporal de las funciones de onda es descrita por la Ecuación de Schrödinger.
Algunas funciones de onda describen distribuciones de probabilidad que son constantes
en el tiempo. Muchos sistemas que eran tratados dinámicamente en mecánica clásica
son descritos mediante tales funciones de onda estáticas. Por ejemplo, un electrón en un
átomo sin excitar se dibuja clásicamente como una partícula que rodea el núcleo,
mientras que en mecánica cuántica es descrito por una nube de probabilidad estática,
esférico simétrica, que rodea al núcleo.

4. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
Este fenómeno presentado por G R Kirchhoff en 1862 no pudo ser resuelto clásicamente
hasta que en 1900 M Planck, usando argumentos revolucionarios, lo resuelve.
La superficie de un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente
desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida.
No existe en la naturaleza un cuerpo negro, incluso el negro de humo refleja el 1% de la
energía incidente.
Sin embargo, un cuerpo negro se puede sustituir con
gran aproximación por una cavidad con una pequeña
abertura. La energía radiante incidente a través de la
abertura, es absorbida por las paredes en múltiples
reflexiones y solamente una mínima proporción
escapa (se refleja) a través de la abertura. Podemos
por tanto decir, que toda la energía incidente es
absorbida.

5. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
Ningún cuerpo real absorbe e irradia radiación como un cuerpo negro perfecto. Si embargo, en
muchos casos, la curva de la radiación de un cuerpo negro es una muy buena aproximación a la
realidad, y las propiedades de los cuerpos negros proporciona un entendimiento importante del
comportamiento de los objetos reales.
Como los cuerpos negros emiten una cantidad definida de energía para una longitud de onda y
temperatura particular, se pueden dibujar las curvas de radiación del cuerpo negro para cada
temperatura, mostrando la energía radiada en cada longitud de onda.
Las curvas de emisión, o espectro de radiación, de un cuerpo negro tienen la siguiente forma:

6. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
En esta gráfica a cada temperatura el cuerpo negro emite una cantidad estándar de energía
que está representada por el área bajo la curva en el intervalo l a l + dl.
De esta gráfica se aprecia que la curva de radiación depende de la temperatura del cuerpo
negro y es más abrupta cuando mayor es su temperatura. También se aprecia que el cuerpo
negro emite radiación en todas las longitudes de onda. También vemos que cuando mayor es
la temperatura del cuerpo una mayor cantidad de energía radiada cae en la región del
espectro visible.

7. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
En 1900 M Planck propone una Ec para I(λ,T) que resuelve el problema,
h: constante de Planck
: 6,63 x10 -34 Js

8. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
A principios del siglo XX, los físicos aún no reconocían
claramente que éstas y otras dificultades de la física estaban
relacionadas entre sí. El primer avance que llevó a la solución
de aquellas dificultades fue la introducción por parte de Planck
del concepto de cuanto, como resultado de los estudios de la
radiación del cuerpo negro realizados por los físicos en los
últimos años del siglo XIX (el término "cuerpo negro" se refiere
a un cuerpo o superficie ideal que absorbe toda la energía
radiante sin reflejar ninguna). Un cuerpo a temperatura alta —
al rojo vivo— emite la mayor parte de su radiación en las zonas
de baja frecuencia (rojo e infrarrojo); un cuerpo a temperatura
más alta —al rojo blanco— emite proporcionalmente más
radiación en frecuencias más altas (amarillo, verde o azul).
La energía es discontinua y depende de la frecuencia de la
radiación:
Ecuación de Planck: E=h·f

9. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Radiación del cuerpo negro
1) Los estados energéticos moleculares son
discretos según la siguiente ecuación,
n: entero, : frecuencia lineal
2) La emisión o absorción molecular se produce solo
cuando la molécula cambia de estado, el cual es
caracterizado por n, numero cuántico energético,
Max Planck
1858(Kiel)-1947(Gotinga)

10. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Fotoeléctrico
Una placa de zinc recién pulida, cargada negativamente, pierde su carga si se la expone a la luz
ultravioleta. Este fenómeno se llama efecto fotoeléctrico.
Investigaciones cuidadosas, hacia finales del siglo diecinueve, prueban que el efecto
fotoeléctrico sucede también con otros materiales, pero sólo si la longitud de onda es
suficientemente pequeña.
Finalmente Albert Einstein dio la explicación en 1905: La luz está constituida por partículas
(fotones), y la energía de tales partículas es proporcional a la frecuencia de la luz. Existe una
cierta cantidad mínima de energía (dependiendo del material) que es necesaria para extraer un
electrón de la superficie de una placa de zinc u otro cuerpo sólido (función trabajo). Si la
energía del fotón es mayor que este valor el electrón puede ser emitido. De esta explicación
obtenemos la siguiente expresión:

11. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Fotoeléctrico
Mediante una fuente de potencial variable, tal como se ve en la figura podemos medir la
energía cinética máxima de los electrones emitidos, véase el movimiento de partículas cargadas
en un campo eléctrico.
Aplicando una diferencia de potencial V entre las placas A y C se frena el movimiento de los
fotoelectrones emitidos. Para un
voltaje V0 determinado, el amperímetro no
marca el paso de corriente, lo que significa
que ni aún los electrones más rápidos llegan a
la placa C. En ese momento, la energía
potencial de los electrones se hace igual a la
energía cinética.

12. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Fotoeléctrico
Variando la frecuencia f, (o la longitud de onda de la radiación que ilumina la placa) obtenemos
un conjunto de valores del potencial de detención V0. Llevados a un gráfico obtenemos una
serie de puntos (potencial de detención, frecuencia) que se aproximan a una línea recta.
La ordenada en el origen mide la energía de arranque en electrón-voltios f/e. Y la pendiente de
la recta es h/e. Midiendo el ángulo de dicha pendiente y usando el valor de la carga del
electrón e= 1.6 10-19 C, obtendremos el valor de la constante de Planck, h=6.63 10-34 Js.

13. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Compton
El efecto Compton es el cambio de longitud
de onda de la radiación electromagnética
de alta energía al ser difundida por los
electrones. Descubierto por Arthur
Compton, este físico recibió el Premio
Nobel de Física en 1927 por la importancia
de su descubrimiento, ya que el efecto
Compton constituyó la demostración final
de la naturaleza cuántica de la luz tras los
estudios de Planck sobre el cuerpo negro y
la explicación de Albert Einstein del efecto
fotoeléctrico.

14. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Compton
En el efecto fotoeléctrico consideramos que el electrón tenía una energía E= hf. Ahora, para
explicar el efecto Compton, vamos a tener en cuenta también que el fotón tiene un momento
lineal p=E/c.

15. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Compton
Principio de conservación del momento lineal
• Sea p el momento lineal del fotón incidente,
• Sea p' el momento lineal del fotón difundido,
• Sea pe es el momento lineal del electrón después del choque, se verificará que
p=p'+pe (1)

16. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Compton
Principio de conservación de la energía
La energía del fotón incidente es E=hf .
La energía del fotón dispersado es E’=hf ’ .
La energía cinética del electrón después del choque no la podemos escribir como mev2/2 ya
que el electrón de retroceso alcanza velocidades cercanas a la de la luz, tenemos que
reemplazarla por la fórmula relativista equivalente
donde me es la masa en reposo del electrón 9.1·10-31 kg
El principio de conservación de la energía se escribe
(2)

17. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Efecto Compton
Resolviendo el sistema de ecuaciones (1) y (2) llegamos a la siguiente expresión
Teniendo en cuanta la relación entre frecuencia y longitud de onda se convierte en la expresión
equivalente

18. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Espectro de emisión y absorción
Las técnicas espectroscópicas se empezaron a utilizar en el siglo XIX y no tardaron en dar sus
primeros frutos. Así en 1868 el astrónomo francés P.J.C. Janssen se trasladó a la India con el
objeto de observar un eclipse de sol y utilizar el espectroscopio, desarrollado ocho años antes,
para hacer un estudio de la cromosfera solar.
Como resultado de sus observaciones anunció que había detectado una nueva línea
espectroscópica, de tono amarillo, que no pertenecía a ninguno de los elementos conocidos
hasta ese momento. En el mismo año, el químico Frankland y el astrónomo Lockyer dedujeron
que la citada línea correspondía a un nuevo elemento al que llamaron Helio (del griego helios
que significa Sol) por encontrarse en el espectro solar.
Durante más de veinticinco años se pensó que el helio sólo existía en el Sol, hasta que, en 1895
W. Ramsay lo descubriera en nuestro planeta.

19. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Espectro de emisión y absorción
Los espectros de emisión:
Todos los cuerpos emiten energía a ciertas temperaturas.
Cada uno de los elementos químicos tiene su propio espectro de emisión. Y esto sirve para
identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como son
las estrellas.
Los espectros de absorción:
También los cuerpos absorben radiación emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro
de radiación que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se
llaman “rayas negras” o simplemente “rayas” del espectro.
También ocurre con la absorción, que unos cuerpos absorben la radiación de unas determinadas
longitudes de onda y no absorben la radiación de otras longitudes de onda, por lo que cada
cuerpo, cada elemento químico en realidad, tiene su propio espectro de absorción,
correspondiéndose con su espectro de emisión, cual si fuera el negativo con el positivo de una
película.

20. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Espectro de emisión y absorción

21. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Espectro de emisión y absorción

22. ANTECEDENTES A LA MECÁNICA CUÁNTICA
Espectro de emisión y absorción
Líneas espectrales del hidrógeno
Cuando un electrón pasa de un nivel
de energía a otro, emite un fotón con
una energía determinada. Estos
fotones dan lugar a líneas de emisión
en un espectroscopio. Las líneas de la
serie de Lyman corresponden a
transiciones al nivel de energía más
bajo o fundamental. La serie de
Balmer implica transiciones al
segundo nivel. Esta serie incluye
transiciones situadas en el espectro
visible y asociadas cada una con un
color diferente.