Fundamentos de la física moderna

1. Fundamentos de la física
moderna
Lic. María Virginia Orellana Vinoya

2. Línea del tiempo de la física clásica

3. Problemas pendientes de la física clásica
• Relatividad especial, según Einstein, la velocidad de la luz es constante en todos los sistemas
inerciales
La existencia del éter
• Mecánica cuántica. Según Planck, la radiación electromagnética solo podía propagarse en paquetes
de energía discretos a los que llamó quanta, la energía estaba dada por 𝐸 = ℎ𝑓
La radiación del cuerpo negro
• Mecánica cuántica, según Bohr, los electrones se mueven en órbitas circulares ocupando el nivel de
menor energía posible, la energía está cuantizada.
Estabilidad de los átomos
• La física clásica no podía explicar por qué algunos elementos emitían radiación y se convertían en
otros sin presentar una reacción química. Este problema fue resuelto por varios científicos entre ellos
los esposos Curie.
Desintegración radiactiva

4. Línea del tiempo de la física moderna
Dalton
1809
Desarrolla la
teoría atómica
Röntgen
1895
Descubrimiento
de los rayos X
Becquerel
1896
Descubrimiento
de la radiactividad
Thomson
1897
Descubrimiento
del electrón
Marie Curie
Pierre Curie
1898
Descubrimiento
del radio y polonio
Einstein
1905
Relatividad
Efecto
fotoeléctrico
Rutherford
1911
Propone un
modelo atómico
Bohr
1913
Propone un
modelo atómico
Einstein
1915
La teoría de la
relatividad
general
Milllikan
1916
Se mide la
constante
cuántica
De Broglie
1923
Dualidad onda
partícula
Pauli
1925
Principio de
exclusión de Pauli
Heinsenberg
1927
Principio de
incertidumbre
Dirac
1928
Relatividad en la
mecánica cuántica
Planck
1900
La energía
está cuantificada

5. Partes de la física moderna
Física
moderna
Relatividad
Cosmología
Física nuclear
Física de
partículas
Mecánica
cuántica

6. Conceptos de física moderna
Relatividad
• 𝐸 = 𝑚𝑐2
Mecánica cuántica
• Niveles de energía
• 𝐸 = ℎ𝑓

7. Evolución del modelo atómico

8. Modelos atómicos
Dalton Thomson Rutherford Bohr Sommerfeld Schrödinger

9. El átomo
Partícula Símbolo Masa Carga
Electrón 𝑒−
9,11 × 10−31
𝑘𝑔 −1,6 × 10−19
C
Protón 𝑝 1,673 × 10−27
𝑘𝑔 +1,6 × 10−19
C
Neutrón 𝑛 1,675 × 10−27
𝑘𝑔 0

10. Radiación
 Es la emisión de energía que se propaga en el vacío o en la materia, puede
ser transmitida por medio de ondas o partículas subatómicas, el calor, el
sonido forman parte de esta emisión de energía.

11. Radiactividad
La "Radiactividad" es un fenómeno nuclear (producido en el interior
de los núcleos de los átomos), que consiste en la "radiación" de
energía o partículas y es el resultado de la desintegración de un
núcleo inestable en otro hasta lograr la estabilidad.

12. Clases de radiación electromagnética

13. • El núcleo atómico se describe con el número de protones y
neutrones. Dado un elemento 𝑋, que tiene Z protones y 𝑁
neutrones:
• 𝑍
𝐴
𝑋
Donde:
𝑍 = número atómico
𝐴 = número másico
𝐴 = 𝑁 + 𝑍
• Los núcleos que tienen el mismo Z pero diferente número másico
se denominan isótopos, si son inestables se denominan
radioisótopos
Notación

14. Modelos del núcleo
Modelo de la gota de líquido: los
nucleones interaccionan como las
moléculas de una gota de líquido
Modelo de capas: los nucleones
ocupan independientemente niveles
de energía

15. Modelo de la gota de líquido
• No distingue entre protones y neutrones
• Supone que todos los nucleones están en
movimiento en el interior del núcleo
• Cada nucleón sólo interacciona con sus
vecinos más próximos
• Las interacciones interiores están
compensadas
• Las interacciones superficiales no están
compensadas
Según este
modelo la
fuerza
nuclear:

16. Modelo de la gota de líquido
La contribución a la energía de enlace
de este modelo es debido a:
Energía de volumen
𝐸 𝑉 = 𝑎 𝑉 𝐴
Energía superficial
𝐸𝑆 = −𝑎 𝑆 𝐴2/3
Energía de repulsión
coulombiana
𝐸𝑐 = −
𝑎 𝑐 𝑍 𝑍−1
𝐴1/3

17. Modelo de capas
• El núcleo atómico es un sistema cuántico de N
cuerpos
• El núcleo no es un sistema físico relativista, la
ecuación de movimiento viene dada por una
función de onda
• Las interacciones entre los nucleones son de a dos
cuerpos
• Los nucleones se consideran partículas puntuales
sin estructura
Este modelo
tiene las
siguientes
características

18. Modelo de capas
Números
mágicos
• Algunos nucleones presentan gran
estabilidad, estos números son: 2, 8, 20,
28, 50 y 82 para los protones. 126 y 152
para los neutrones
• Los núcleos con número mágicos de
neutrones o protones son esféricos
• Los núcleos que tienen tanto el número
de neutrones como el número de
protones igual a uno de los números
mágicos se denominan “doblemente
mágicos” y son muy estables
2
4
𝐻𝑒, 8
16
𝑂, 20
40
𝐶𝑎, 20
48
𝐶𝑎, 82
208
𝑃𝑏

19. ¡Gracias !