Este documento presenta una introducción a la física cuántica. Explica conceptos como el efecto fotoeléctrico, la teoría de la relatividad, el concepto del átomo, el principio de incertidumbre y la radiación del cuerpo negro. El documento analiza estos temas fundamentales de la física cuántica y cómo revolucionaron la comprensión científica.

1. Ministerio de educación
Colegio: Instituto Profesional y Técnico de David
Física Cuántica
Materia: Física
Profesora: María Martínez
Estudiantes: Milciades Patiño
Grupo: XII°E
Electricidad
2013

2. Índice:
 Objetivo
 Introducción
 Efecto foto eléctrico
 Teoría de la relatividad
 Concepto del átomo
 Concepto de incertidumbre
 La redacción del cuerpo negro
 Comentario
 Conclusión
 Bibliografía

3. Introducción a la física cuántica:
En el mundo del átomo y sus componentes, todo aparece en montones (quantum = cuanto =
montón). La masa, la energía, el momento, etc., aparece en montones: nada en este mundo
es liso y continuo. Mecánica es el antiguo término para la Ciencia del movimiento, así que
Mecánica Cuántica es la rama de la Ciencia dedicada a describir el movimiento de las cosas
en el mundo subatómico. Mott la define como la rama de la Física que describe el
comportamiento de los electrones en los átomos, en las moléculas y en los sólidos o
también como la rama de la Física matemática que permite calcular las propiedades de los
átomos. Sin embargo es algo más que eso:
la Mecánica Cuántica proporciona el soporte fundamental de toda la Ciencia moderna; sus
ecuaciones describen el comportamiento de objetos a escala atómica, proporcionando la
única explicación del mundo de lo minúsculo. Sin sus ecuaciones, los científicos no habrían
sido capaces de diseñar centrales o bombas nucleares, construir láseres, explicar por qué el
Sol se mantiene caliente, la Química estaría aún en una época oscura y no existiría la
biología molecular, la comprensión del DNA, la ingeniería genética, etc.,etc.,etc.
El mayor problema que tenemos a la hora de ocuparnos de la Mecánica Cuántica procede
de nuestra suposición inconsciente de que las cosas se comportarán del mismo modo en el
mundo cuántico que como lo hacen en el mundo normal de nuestra experiencia. No hay
ninguna razón para esperar que cuando contemplamos objetos muy pequeños u objetos
muy veloces, éstos se comporten de la misma forma que lo hacen los objetos con los que
estamos familiarizados. La Física Cuántica representa una de las conquistas fundamentales
de la Ciencia, mucho más significativa y directa, desde el punto de vista práctico, que la
Teoría de la Relatividad.
En su mundo, las leyes habituales de la Física dejan de funcionar: los acontecimientos pasan
a estar gobernados por probabilidades. La Relatividad y la Mecánica Cuántica constituyen las
teorías básicas de la Física moderna; independientemente del grupo de Gotinga, Dirac
descubrió que las ecuaciones de la Mecánica Cuántica tienen la misma estructura
matemática que las ecuaciones de la Mecánica clásica, y que ésta es un caso particular de la
Cuántica correspondiente a grandes números cuánticos o a dar el valor 0 a la constante de
Plank.

4. Efecto fotoeléctrico
Un diagrama ilustrando la emisión de los electrones de
una placa metálica, requiriendo de la energía que es
absorbida de un fotón.
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de
electrones por un material cuando se hace incidir
sobre él una radiación electromagnética (luz visible o
ultravioleta, en general).1
A veces se incluyen en el
término otros tipos de interacción entre la luz y la
materia:
Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en
diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la
mitad del siglo XIX.
Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica.
La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por
selenio recubierto de una fina capa de oro.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que
el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores
cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación
teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo
“Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la
fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde
Robert AndrewsMillikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de
Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y
Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.
Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto
fotoeléctrico indica que los fotones luminosos pueden transferir energía a los electrones. Los
rayos X (no se sabía la naturaleza de su radiación, de ahí la incógnita "X") son la
transformación en un fotón de toda o parte de la energía cinética de un electrón en
movimiento. Esto se descubrió casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de
Planck y Einstein (aunque no se comprendió entonces).

5. Teoría de la relatividad
Dibujo artístico sobre la teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad está compuesta a grandes
rasgos por dos grandes teorías (la de la relatividad
especial y la de la relatividad general) formuladas por
Albert Einstein a principios del siglo XX, que
pretendían resolver la incompatibilidad existente
entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo.
La primera teoría, la teoría de la relatividad especial
(1905), trata de la física del movimiento de los cuerpos
en ausencia de fuerzas gravitatorias, en el que se
hacían compatibles las ecuaciones de Maxwell del
electromagnetismo con una reformulación de las leyes
del movimiento. La segunda, la teoría de la relatividad
general (1915), es una teoría de la gravedad que
reemplaza a la gravedad newtoniana pero coincide
numéricamente con ella para campos gravitatorios
débiles. La teoría general se reduce a la teoría especial en ausencia de campos gravitatorios.
No fue hasta el 7 de marzo de 2010 cuando fueron mostrados públicamente los manuscritos
originales de Einstein por parte de la Academia Israelí de Ciencias, aunque la teoría se había
publicado en 1905. El manuscrito contiene 46 páginas de textos y fórmulas matemáticas
redactadas a mano, y fue donado por Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en 1925
con motivo de su inauguración.

6. Concepto del átomo
Átomo
Representación de un átomo de helio.
El átomo es un constituyente materia ordinaria, con
propiedades químicas bien definidas, formado a su vez
por constituyentes más elementales sin propiedades químicas
bien definidas. Cada elemento químico está formado por
átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica
básica), y que no es posible dividir mediante procesos
químicos.
Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo
atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. Esto
fue descubierto a principios del siglo XX, ya que durante el siglo XIX se había pensado que
los átomos eran indivisibles, de ahí su nombre a-tómo- 'sin partes'. Poco después se
descubrió que también el núcleo está formado por partes, como los protones, con carga
positiva, y neutrones, eléctricamente neutros.nota 1
Los electrones, cargados negativamente,
permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.
Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su
núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el
número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones
que de electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de protones
o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denominación.

7. Principio de Incertidumbre
Gráfico del Principio de Indeterminación de
Heisenberg.
En mecánica cuántica, la relación de indeterminación
de Heisenberg o principio de incertidumbre establece
la imposibilidad de que determinados pares de
magnitudes físicas sean conocidas con precisión
arbitraria. Sucintamente, afirma que no se puede
determinar, en términos de la física cuántica,
simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos
pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la
posición y el momento lineal (cantidad de
movimiento) de un objeto dado. En otras palabras,
cuanta mayor certeza se busca en determinar la
posición de una partícula, menos se conoce su
cantidad de movimiento lineal y, por tanto, su
velocidad. Este principio fue enunciado por Werner Heisenberg en 1927.
El principio de indeterminación no tiene un análogo clásico y define una de las diferencias
fundamentales entre física clásica y física cuántica. Desde un punto de vista lógico es una
consecuencia de axiomas corrientes de la mecánica cuántica y por tanto estrictamente se
deduce de los mismos.

8. La Redacción del Cuerpo negro
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que
absorbe toda la luz y toda la energía radiante que
incide sobre él. Nada de la radiación incidente se
refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar
de su nombre, el cuerpo negro emite luz y
constituye un sistema físico idealizado para el
estudio de la emisión de radiación
electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue
introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz
emitida por un cuerpo negro se denomina
radiación de cuerpo negro.
Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que
se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del
emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y
corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor
frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a
longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se
calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de
onda, sino que siguen la ley de Planck.
A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la
superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie
brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la
de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un
cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los
cuerpos de color negro son buenos absorbentes.

9. Comentario Sobre el tema:
Mi opinión es que la FísicaCuántica es la ciencia indispensable para estudiar los fenómenos
del micro mundo (átomos,moléculas).
Los niveles de energía de los átomos, y la forma en que se unen para formar moléculas solo
puede ser explicado por esta teoría.La explicaciónmatemática de la formación de las moléculas
se modela (simula, calcula) con dificultad, debido a complejidad matemática de la
teoríacuántica,pero el interés es grande, a fin de obtener mejores materiales guiándose por
cálculosFenómenos tales como la superconductividad, laformación del gas electrónico
degenerado en los metales, lasupe fluidez del helio,etc. también requiere la aplicación de la
teoríacuántica (ver estado sólido).Es decir que toda la ciencia física avanzada actual se apoya en
dicha teoría
Ni que decir que la física nuclear depende aúnmás de la mecánicacuántica
Claro que el nivel matemático requerido para abordar la cuántica es elevado, pero para
comenzar, se puede empezar con el Principio de Incertidumbre de Heisenberg,y luego con la
ecuación de Schrödinger,
La cuántica en algunos resultados coincide con la teoríaclásica, enotros, no, pero la correcta es la
cuántica,no tengas dudas.
Claro que tambiénestá la teoría relativista,estas dos teorías no se excluyen, sino que se
complementan (hay problemas a nivel de la gravedad, la Relatividad General y la cuántica se
oponen a energíasextremas, pero es otro asunto).La unión de la cuántica y relatividad conduce a
la TeoríaCuántica Relativista y a la ElectrodinámicaCuántica,que son las más exactas
teoríasfísicas de la que se dispone actualmente.

10. Conclusión:
La física cuántica si es muy interesante y a la ves muy compleja pero es como la mayoría de las
ciencias creada por el hombre y tiene un fin establecido responder a las preguntas: de porque
estamos aquí??y del origen del universo? en fin es una ciencia sumamente extensa e intrínseca y
muy desarrollada, pero todavía no ha llegado a su meta la cual es una nueva forma de ver las
cosas.

11. Bibliografia:
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico
http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_relatividad
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_incertidumbrev
http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerpo_negro
http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/3501076/Fisica-Cuantica-o-
Mecanica-Cuantica.html