Este documento presenta una introducción a la mecánica cuántica. Explica fenómenos como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y los espectros de emisión y absorción que no podían ser explicados por la física clásica. Max Planck introdujo la constante de Planck h para explicar la radiación del cuerpo negro. Albert Einstein propuso que la luz está compuesta por partículas llamadas fotones para explicar el efecto fotoeléctrico. Arthur Compton

1. MECANICA CUANTICA
PRESENTADO POR

2. 2.1) INTRODUCCIÓN
FISICA CLÁSICA FÍSICA CUANTICA
Física determinista Física indeterminista
Cant.Físicas continuas Cant. Físicas discontinuas
r= r(t)
g
t
V(o)
e
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
2

3. En el último tercio del siglo. XIX:
• Radiación de cuerpo negro
• Efecto fotoeléctrico
• Efecto Compton
• Espectros de Absorción- Emisión
• Emisión de RX
• Estabilidad de la materia …

4. 2.2) FENÓMENOS ANTECEDENTES
i) RADIACION DE 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.
El cuerpo negro, CN, es un modelo que representa a un cuerpo {sistema}
de absorción infinita. Un buen ejemplo es una cavidad con abertura
pequeña.
Cavidad=CN
Todo cuerpo radia energía en función de su
temperatura, esto permitió analizar al CN en
cuanto a su emisión para diversas
temperaturas. La información experimental se
conocía con mucha anticipación debido a que
era un viejo problema sin resolver.
T

5. T
Celda
fotoeléctrica
I ( λ, T)
Una primera observación de estos
espectros de emisión estuvo relacionada
con el corrimiento de la λ correspondiente
al pico del espectro, = max, este
corrimiento de la fue resuelto por una
ecuación propuesta por W Wien llamada
ecuación de corrimiento de Wien,
2
max 0,2898 10T
Toma de datos:

6. Sin embargo, esta relación no explicaba el espectro. Una mejor relación
propuesta por RAYLEIGH – JEANS, permitió de alguna manera explicar
parte del espectro. Esta relación consideraba la emisión en todas las
frecuencias, es un resultado clásico,
4
2
),(
Tck
TI B
En 1900 M Planck propone una Ec para
I(λ,T) que resuelve el problema,
1
2
),(
5
2
Tk
hc
B
e
hc
TI h: constante de Planck
: 6,63 x10 -34 Js
kB : constante de Boltzmann
: 1,38 x 10 -23 J/K

7. Esta ecuación presentada por Planck obedece a una delicada labor de
comparación de la información contenida en las gráficas I-λ{exp}, que no es
otra cosa que energía, haciendo las siguientes consideraciones a T fija:
“I ( λ, T)”=I(λ) : Intensidad / Longitud de onda, I=E/(Ãt)
I(λ)/ t=1, Ã=1 : energía / longitud de onda
A= Área=Energía
0
),( dTIEA
λ  discretas
La h permite ajustar estos resultados. Los
postulados propuestos por Max Planck para
justificar los λs discretos, cambiarían la
formulación de la Física Clásica.

8. 1) Los estados energéticos moleculares son
discretos según la siguiente ecuación,
En = n h 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,
POSTULADOS
Max Planck
1858(Kiel)-
1947(Gotinga)
nf ←→ ni

9. ii) EFECTO FOTOELÉCTRICO
Este efecto fue reportado por H Hertz en
1887, cuando investigaba en el laboratorio la
producción de las OEM.
Este fenómeno fue resuelto por A Einstein y
presentado en 1905 en su reconocido año milagroso.
UV
es :
fotoelectrones
Superficie
metálica
La física clásica no resolvía el
problema puesto que, por ejemplo, la
radiación fotoelectrónica se debía
producir luego de varios minutos de
“iluminar” la superficie , sin embargo
la emisión es casi instantánea.
Heinrich Hertz
1857(Hanburgo)-
1894(Bonn)

10. clásica
Energía
dispersada en
toda la
cuántica
e
Energía localizada
en el fotón,
Albert Einstein propone a la luz compuesta por partículas o fotones ( ), esto
es, le otorga una concepción cuántica, lo cual permite explicar los
resultados experimentales.
Albert Einstein
1879(Ulm)-
1955(Princenton)

11. Intensidad I
es : fotoelectrones
UV
Superficie
metálica
Ek  Ek,max
,max
,max ...
:
:
( )
e k
k
E E E
E hv
v frecuencia del fotón
función trabajo que caracteriza al metal
Montaje
experimental
sencillo:
Asumiendo conservación de la energía,
A
V
VV
Luz:I,
v
e-

12. Ek,max
c = u
c= u :
Frecuencia
de corte o
umbral
tg m h
i)
Los resultados experimentales se muestran a continuación, en i)
la relación lineal entre Ek,max- muestra la frecuencia umbral o de
corte y en la pendiente el valor de h, en ii) que la intensidad no
influye la Ek,max y la iii) mientras mas energético el fotón el e-
adquiere mayor Ek,max.

13. Sk
fS
sek
eVE
frenadodepotencialVV
eVVqEE
max,
max,
:
+ -
sVV
EK,MAX
VV12 SS VV
iI
1212 ,II
iii)
VVfs VV
iI
,
,
1
2
I
Iii)
I2>I1

14. iii) EFECTO COMPTON
Efecto descrito en 1923 por A H Compton, donde se
informa acerca de la dispersión de s RX por un blanco
de grafito.
La teoría clásica indica que la dispersión estaría
dependiendo tanto de la intensidad de radiación así
como del tiempo de exposición, lo cual es desbaratado
por el experimento.
θ
sustancia
radiación
Recordando que la teoría clásica indica que la
emisión {dispersión} es producida por oscilación de
e-
s, el proceso se representaba de la siguiente
forma,
θ
’
e-
A H Compton
1892(Ohio)-
1962(Berkeley)

15. Sin embargo, A Compton describe el proceso en una imagen moderna de la
radiación, esto es, mediante fotones {A Einstein}, en la cual se producen
“choques” entre fotones RX y e-,
e-
0
’
θ
Φ
A Compton resuelve el
problema mediante la teoría de
choques relativistas
, proponiendo la siguiente
ecuación,
)cos1(' 0 C
c : longitud de onda de Compton
: corrimiento de Compton
0 : a dispersión “cero”
9
0,0024 ,3 10C e
m
h
m
mc

16. λ’
Los experimentos desarrollados por Compton se podrían sintetizar en el
siguiente diagrama experimental:
Cámara de ionización
espectrómetro
Grafito
colimador
o
θ
λ’
λλ
I I
λo λo λ’
´
1 2
W
RX
V

17. λ’: Espectrómetro de cristal giratorio
I : I registrada en la cámara de ionización
Esta extensión de los fotones de luz { A Einstein} a fotones del espectro EM
, EM , {A Compton} , permite intensificar los marcos conceptuales que se
producirían entre 1925-26 , para formalizar la Física Cuántica, esto es, los
formalismos de Heisenberg y Schroedinger.
´
αα
Estructura de Red
Cristalina
2
:maximo
dSen n
P
P

18. Estos espectros de emisión-absorción discretos, de gases de elementos a
baja presión, se conocían desde 1850, a raíz del auge de la termodinámica
que estudiaba a los gases ideales.
Estos gases emitían bajo descarga, debido a la diferencia de potencial que
se les aplicaba.
En 1885 se propone una ecuación empírica que describe las λ {visible} en la
emisión de una muestra de H. JJ Balmer propuso la siguiente ecuación,
iv) ESPECTRO DE EMISIÓN Y ABSORCIÓN
T
Radiación
Gas
λ
I
λ
λ1 λ2 λ3 λ4
Radiación
CN

19. 22
1
2
11
n
RH
Serie de
Balmer
; n= 3,4,…
RH: constante de Rydberg, RH = 1,0973732 * 107
Visible y UV
Espectros de absorción y emisión del Hidrógeno

20. Posteriormente, en base a este reporte, se proponen otras ecuaciones
que justifican diversas series en los espectros de emisión del H,
22
1
1
11
n
RH
22
1
3
11
n
RH
22
1
4
11
n
RH
; n= 2,3,4,…
; n= 5,6,…
; n= 4,5,…
Serie de
Lyman
Serie de
Paschen
Serie de
Brackett
UV
IR
IR

21. La importancia de estos espectros radica en que son propios de cada
elemento, tanto en su versión de emisión como de absorción,

22. La técnica espectroscópica de absorción permite identificar la composición
tanto cualitativa como cuantitativa de las sustancias o materia en general,