Este documento presenta problemas y ejercicios de mecánica cuántica. Está dividido en cinco capítulos que cubren temas como la mecánica cuántica primitiva, propiedades ondulatorias y estadísticas del movimiento de partículas, la ecuación estacionaria de Schrödinger, la partícula libre y la ecuación completa de Schrödinger. Cada capítulo incluye problemas del texto, problemas adicionales y ejercicios para que los estudiantes practiquen y apliquen los
Problemas y ejercicios de mecánica cuánticaabraxas69
Este documento presenta un libro de texto sobre problemas y ejercicios de mecánica cuántica. Incluye biografías breves de los autores Luis de la Peña y Mirna Villavicencio, así como información sobre la editorial, edición y contenido general del libro. El libro contiene problemas resueltos y ejercicios adicionales sobre diversos temas de mecánica cuántica como la mecánica cuántica primitiva, propiedades ondulatorias, la ecuación de Schrödinger y aplicaciones como la part
Este documento trata sobre el equilibrio de un cuerpo rígido. Explica que para que un cuerpo rígido esté en equilibrio, la suma de las fuerzas externas debe ser cero y la suma de los momentos en torno a cualquier punto debe ser cero. También describe diferentes tipos de reacciones y ofrece sugerencias para realizar un diagrama de cuerpo libre. Finalmente, presenta varios ejemplos de problemas de equilibrio de cuerpos rígidos.
Este documento presenta un capítulo sobre el flujo de campo eléctrico y la ley de Gauss. Explica el cálculo del flujo eléctrico debido a cargas puntuales y distribuciones continuas de carga, así como a través de superficies regulares planas y curvas. También introduce la relación entre el campo eléctrico, la carga interna y el área, y cómo aplicar la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico generado por distribuciones esféricamente simétricas de carga. Contiene numeros
Este documento presenta un resumen de los primeros tres capítulos de un libro sobre electricidad y magnetismo. Introduce conceptos como la carga eléctrica, la ley de Coulomb, densidad de carga, campo eléctrico y potencial eléctrico. Incluye 11 problemas resueltos al final del primer capítulo y varios más en los capítulos siguientes. El índice anticipa que los capítulos restantes cubrirán temas como condensadores, circuitos eléctricos y el campo magnético.
Este documento describe el modelo de bandas de Krönig-Penney para potenciales periódicos. Explica que Krönig y Penney aproximaron el potencial experimentado por los electrones en una red unidimensional como una sucesión de pozos de potencial finitos entre barreras, lo que permitió desarrollar un modelo matemático útil para describir el comportamiento cuántico de los electrones en redes periódicas. También describe cómo se forman bandas de energía permitidas y prohibidas, conocidas como band gap, debido a la periodicidad del potencial
Ley de Coulomb e intensidad de campo eléctrico
Densidad de flujo eléctrico
Ley de Gauss
Potencial eléctrico
Densidad de energía en campos electrostáticos
El documento analiza el ángulo entre dos fuerzas de igual magnitud F en tres situaciones: a) Si la resultante es 2F, el ángulo es 0° y las fuerzas son paralelas; b) Si la resultante es F, el ángulo es 90° y forman un triángulo isósceles; c) Si la resultante es 0, el ángulo es 180° y las fuerzas son antiparalelas.
El documento presenta los fundamentos teóricos de la elasticidad y la deformación de resortes. Explica la ley de Hooke y cómo se puede calcular la constante elástica de un resorte usando métodos estático y dinámico. También describe cómo relacionar la constante elástica con el módulo de rigidez del material del resorte. El procedimiento experimental propone medir la deformación y período de oscilación de un resorte con diferentes masas y graficar los resultados para determinar la constante elástica.
Problemas y ejercicios de mecánica cuánticaabraxas69
Este documento presenta un libro de texto sobre problemas y ejercicios de mecánica cuántica. Incluye biografías breves de los autores Luis de la Peña y Mirna Villavicencio, así como información sobre la editorial, edición y contenido general del libro. El libro contiene problemas resueltos y ejercicios adicionales sobre diversos temas de mecánica cuántica como la mecánica cuántica primitiva, propiedades ondulatorias, la ecuación de Schrödinger y aplicaciones como la part
Este documento trata sobre el equilibrio de un cuerpo rígido. Explica que para que un cuerpo rígido esté en equilibrio, la suma de las fuerzas externas debe ser cero y la suma de los momentos en torno a cualquier punto debe ser cero. También describe diferentes tipos de reacciones y ofrece sugerencias para realizar un diagrama de cuerpo libre. Finalmente, presenta varios ejemplos de problemas de equilibrio de cuerpos rígidos.
Este documento presenta un capítulo sobre el flujo de campo eléctrico y la ley de Gauss. Explica el cálculo del flujo eléctrico debido a cargas puntuales y distribuciones continuas de carga, así como a través de superficies regulares planas y curvas. También introduce la relación entre el campo eléctrico, la carga interna y el área, y cómo aplicar la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico generado por distribuciones esféricamente simétricas de carga. Contiene numeros
Este documento presenta un resumen de los primeros tres capítulos de un libro sobre electricidad y magnetismo. Introduce conceptos como la carga eléctrica, la ley de Coulomb, densidad de carga, campo eléctrico y potencial eléctrico. Incluye 11 problemas resueltos al final del primer capítulo y varios más en los capítulos siguientes. El índice anticipa que los capítulos restantes cubrirán temas como condensadores, circuitos eléctricos y el campo magnético.
Este documento describe el modelo de bandas de Krönig-Penney para potenciales periódicos. Explica que Krönig y Penney aproximaron el potencial experimentado por los electrones en una red unidimensional como una sucesión de pozos de potencial finitos entre barreras, lo que permitió desarrollar un modelo matemático útil para describir el comportamiento cuántico de los electrones en redes periódicas. También describe cómo se forman bandas de energía permitidas y prohibidas, conocidas como band gap, debido a la periodicidad del potencial
Ley de Coulomb e intensidad de campo eléctrico
Densidad de flujo eléctrico
Ley de Gauss
Potencial eléctrico
Densidad de energía en campos electrostáticos
El documento analiza el ángulo entre dos fuerzas de igual magnitud F en tres situaciones: a) Si la resultante es 2F, el ángulo es 0° y las fuerzas son paralelas; b) Si la resultante es F, el ángulo es 90° y forman un triángulo isósceles; c) Si la resultante es 0, el ángulo es 180° y las fuerzas son antiparalelas.
El documento presenta los fundamentos teóricos de la elasticidad y la deformación de resortes. Explica la ley de Hooke y cómo se puede calcular la constante elástica de un resorte usando métodos estático y dinámico. También describe cómo relacionar la constante elástica con el módulo de rigidez del material del resorte. El procedimiento experimental propone medir la deformación y período de oscilación de un resorte con diferentes masas y graficar los resultados para determinar la constante elástica.
Permitividad relativa o constante dieléctricaSaid1113
La constante dieléctrica, también conocida como permitividad relativa, mide la capacidad de un material para concentrar un flujo electrostático. Se define como la relación entre la permitividad del material y la permitividad del vacío. Es importante conocer la constante dieléctrica de un material cuando se usa en un condensador o para hacer cables coaxiales y fibra óptica. Algunos valores de constante dieléctrica son 1 para el vacío, 80.4 para el agua, y 6.5 para la porcelana.
Este documento contiene 10 problemas resueltos de electricidad y magnetismo. Los problemas tratan sobre temas como calcular la carga total en una región con una densidad de carga dada, determinar el campo eléctrico entre dos placas con diferentes densidades de carga superficial, y calcular el campo eléctrico y potencial eléctrico para diferentes distribuciones de carga puntuales, lineales, superficiales y volumétricas.
Este documento presenta 60 problemas de física sobre el equilibrio de cuerpos sometidos a fuerzas y momentos. Los problemas cubren conceptos como determinar fuerzas resultantes, momentos con respecto a ejes y puntos, y representar sistemas de fuerzas como fuerzas y pares equivalentes. El documento proporciona una variedad de ejemplos para practicar el análisis estático de cuerpos bajo la acción de fuerzas.
1) El documento presenta 7 problemas resueltos sobre dinámica y cinemática de sistemas de partículas y cuerpos rígidos. Los problemas incluyen temas como momentos de inercia, equilibrio de fuerzas, conservación de la energía y rodadura sin deslizamiento.
2) Se calculan expresiones para momentos de inercia de diferentes configuraciones geométricas como barras, discos y esferas. También se analizan sistemas compuestos de masas y la determinación de aceleraciones.
3) Los
1) Un campo magnético variable puede inducir un fenómeno eléctrico en un circuito, como una corriente eléctrica. 2) Cuando se cierra un interruptor en un circuito primario, se induce una fem momentánea en un circuito secundario debido al cambio en el flujo magnético. 3) La ley de inducción de Faraday establece que la fem inducida es directamente proporcional al cambio en el flujo magnético a través de un circuito con el tiempo.
El documento introduce la ecuación de Schrödinger y su aplicación a diferentes sistemas cuánticos. 1) La ecuación de Schrödinger describe el movimiento de partículas como electrones. 2) Para un pozo cuadrado infinito, solo existen ciertos valores discretos de energía permitidos. 3) Para un oscilador armónico simple, la ecuación de Schrödinger conduce a funciones de onda dadas por polinomios de Hermite multiplicados por un factor exponencial, resultando en un espectro cuántico discreto de energ
This document is the table of contents and preface for the 8th edition of the textbook "Circuitos Eléctricos" by Richard C. Dorf and James A. Svoboda published by Alfaomega Grupo Editor. The textbook covers basic circuit analysis and is intended for undergraduate electrical engineering students. New features in this edition include greater emphasis on the use of PSpice and MATLAB for circuit problems and revisions to improve clarity. Over 1,350 problems are included ranging from basic to challenging.
Este documento presenta información sobre Alessandro Volta y su invención de la pila voltaica, precursora de la batería eléctrica. También describe a Georg Ohm y su formulación de la ley de Ohm, que establece la relación directamente proporcional entre la corriente eléctrica, la diferencia de potencial y la resistencia en un conductor. Además, introduce conceptos clave como corriente eléctrica, densidad de corriente, resistencia y conductividad eléctrica.
Este documento presenta la resolución de un problema de mecánica de fuerzas que involucra un brazo conectado a una manivela y collarín. Se determina que se requiere un par M de 9.37 N-m para mantener el sistema en equilibrio cuando el ángulo θ es 0 grados. Esto se logra mediante el uso de las ecuaciones de equilibrio de fuerzas y momentos, sustituyendo valores y comprobando la solución.
Matriz asociada a una transformacion linealalgebra
Una transformación lineal f entre espacios vectoriales de dimensiones finitas n y m se puede asociar a una matriz A de dimensión m x n. La matriz representa la transformación y su rango es igual a la dimensión de la imagen de f. Cambiar la base de un vector equivale a multiplicar sus coordenadas por una matriz de cambio de base.
El documento presenta los conceptos fundamentales de la física cuántica, incluyendo la constante de Planck, la naturaleza cuántica de la luz como fotones con energía discreta dada por la ecuación de Planck, el efecto fotoeléctrico y su explicación, y la dualidad onda-partícula manifestada en las longitudes de onda de los fotones y las partículas subatómicas. El documento también explica cómo se puede usar el experimento de Planck para determinar la constante de Planck.
El documento trata sobre las fuentes de campos magnéticos. Explica la ley de Biot-Savart para calcular campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas. También cubre campos magnéticos creados por alambres rectos, espiras circulares y solenoides, así como la fuerza entre dos corrientes paralelas. Finalmente, presenta algunos problemas de aplicación de estos conceptos.
Este documento presenta la ley de Gauss y el concepto de flujo eléctrico. Introduce la relación entre carga eléctrica y campo eléctrico, y explica cómo la ley de Gauss puede simplificar cálculos de campo eléctrico para distribuciones de carga con simetría como cilíndricas y esféricas. Luego define flujo eléctrico y cómo calcularlo a través de superficies planas, inclinadas o irregulares dentro de campos uniformes o no uniformes. Finalmente enuncia la
1) El documento describe la estructura del átomo y las partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones.
2) Explica que los átomos pueden ganar o perder electrones para formar iones positivos o negativos.
3) Define la carga eléctrica y cómo puede cuantizarse en múltiplos de la carga fundamental del electrón.
Este documento presenta tres oraciones o menos:
El documento describe cómo modelar campos vectoriales bidimensionales y tridimensionales utilizando los programas MATLAB y Mathematica, incluyendo representaciones gráficas de campos vectoriales, cálculo de gradiente, rotacional y divergencia, y aplicaciones de estos conceptos.
El documento describe las características de las cantidades físicas escalares y vectoriales. Las cantidades escalares se definen por un número real y una unidad, mientras que las cantidades vectoriales se definen por magnitud, dirección y sentido. Se explican conceptos como módulo, dirección, sentido y punto de aplicación para representar vectores. También se describen métodos para determinar la resultante de vectores concurrentes y no colineales.
El documento explica el concepto de producto vectorial y sus propiedades. El producto vectorial de dos vectores A y B, representado como A x B, es un vector perpendicular al plano formado por A y B, cuya magnitud es igual al área del paralelogramo formado por los vectores y cuya dirección sigue la regla de la mano derecha. El documento también describe siete propiedades clave del producto vectorial, incluida que A x B es un vector perpendicular a ambos vectores A y B.
Este documento presenta la introducción a un libro sobre mecánica cuántica. Describe brevemente la biografía del autor Luis de la Peña y los temas que se cubrirán en el libro, incluyendo la mecánica cuántica primitiva, la ecuación de Schrödinger, partículas libres y problemas unidimensionales. El libro también contiene problemas y ejercicios relacionados con estos temas.
Apuntes de Teoría Electromagnética. UC. ZOZAYA, A. J..pdfCataldo Asaro B
Este documento presenta un prefacio y un índice general de un libro de apuntes sobre teoría electromagnética. El prefacio explica que los apuntes resumen los principales conceptos y fórmulas matemáticas enseñadas en las asignaturas de teoría electromagnética. El índice general lista 11 capítulos que cubren temas como análisis vectorial, campo electrostático, problemas con valores en la frontera, corriente eléctrica y ecuaciones de Maxwell.
Permitividad relativa o constante dieléctricaSaid1113
La constante dieléctrica, también conocida como permitividad relativa, mide la capacidad de un material para concentrar un flujo electrostático. Se define como la relación entre la permitividad del material y la permitividad del vacío. Es importante conocer la constante dieléctrica de un material cuando se usa en un condensador o para hacer cables coaxiales y fibra óptica. Algunos valores de constante dieléctrica son 1 para el vacío, 80.4 para el agua, y 6.5 para la porcelana.
Este documento contiene 10 problemas resueltos de electricidad y magnetismo. Los problemas tratan sobre temas como calcular la carga total en una región con una densidad de carga dada, determinar el campo eléctrico entre dos placas con diferentes densidades de carga superficial, y calcular el campo eléctrico y potencial eléctrico para diferentes distribuciones de carga puntuales, lineales, superficiales y volumétricas.
Este documento presenta 60 problemas de física sobre el equilibrio de cuerpos sometidos a fuerzas y momentos. Los problemas cubren conceptos como determinar fuerzas resultantes, momentos con respecto a ejes y puntos, y representar sistemas de fuerzas como fuerzas y pares equivalentes. El documento proporciona una variedad de ejemplos para practicar el análisis estático de cuerpos bajo la acción de fuerzas.
1) El documento presenta 7 problemas resueltos sobre dinámica y cinemática de sistemas de partículas y cuerpos rígidos. Los problemas incluyen temas como momentos de inercia, equilibrio de fuerzas, conservación de la energía y rodadura sin deslizamiento.
2) Se calculan expresiones para momentos de inercia de diferentes configuraciones geométricas como barras, discos y esferas. También se analizan sistemas compuestos de masas y la determinación de aceleraciones.
3) Los
1) Un campo magnético variable puede inducir un fenómeno eléctrico en un circuito, como una corriente eléctrica. 2) Cuando se cierra un interruptor en un circuito primario, se induce una fem momentánea en un circuito secundario debido al cambio en el flujo magnético. 3) La ley de inducción de Faraday establece que la fem inducida es directamente proporcional al cambio en el flujo magnético a través de un circuito con el tiempo.
El documento introduce la ecuación de Schrödinger y su aplicación a diferentes sistemas cuánticos. 1) La ecuación de Schrödinger describe el movimiento de partículas como electrones. 2) Para un pozo cuadrado infinito, solo existen ciertos valores discretos de energía permitidos. 3) Para un oscilador armónico simple, la ecuación de Schrödinger conduce a funciones de onda dadas por polinomios de Hermite multiplicados por un factor exponencial, resultando en un espectro cuántico discreto de energ
This document is the table of contents and preface for the 8th edition of the textbook "Circuitos Eléctricos" by Richard C. Dorf and James A. Svoboda published by Alfaomega Grupo Editor. The textbook covers basic circuit analysis and is intended for undergraduate electrical engineering students. New features in this edition include greater emphasis on the use of PSpice and MATLAB for circuit problems and revisions to improve clarity. Over 1,350 problems are included ranging from basic to challenging.
Este documento presenta información sobre Alessandro Volta y su invención de la pila voltaica, precursora de la batería eléctrica. También describe a Georg Ohm y su formulación de la ley de Ohm, que establece la relación directamente proporcional entre la corriente eléctrica, la diferencia de potencial y la resistencia en un conductor. Además, introduce conceptos clave como corriente eléctrica, densidad de corriente, resistencia y conductividad eléctrica.
Este documento presenta la resolución de un problema de mecánica de fuerzas que involucra un brazo conectado a una manivela y collarín. Se determina que se requiere un par M de 9.37 N-m para mantener el sistema en equilibrio cuando el ángulo θ es 0 grados. Esto se logra mediante el uso de las ecuaciones de equilibrio de fuerzas y momentos, sustituyendo valores y comprobando la solución.
Matriz asociada a una transformacion linealalgebra
Una transformación lineal f entre espacios vectoriales de dimensiones finitas n y m se puede asociar a una matriz A de dimensión m x n. La matriz representa la transformación y su rango es igual a la dimensión de la imagen de f. Cambiar la base de un vector equivale a multiplicar sus coordenadas por una matriz de cambio de base.
El documento presenta los conceptos fundamentales de la física cuántica, incluyendo la constante de Planck, la naturaleza cuántica de la luz como fotones con energía discreta dada por la ecuación de Planck, el efecto fotoeléctrico y su explicación, y la dualidad onda-partícula manifestada en las longitudes de onda de los fotones y las partículas subatómicas. El documento también explica cómo se puede usar el experimento de Planck para determinar la constante de Planck.
El documento trata sobre las fuentes de campos magnéticos. Explica la ley de Biot-Savart para calcular campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas. También cubre campos magnéticos creados por alambres rectos, espiras circulares y solenoides, así como la fuerza entre dos corrientes paralelas. Finalmente, presenta algunos problemas de aplicación de estos conceptos.
Este documento presenta la ley de Gauss y el concepto de flujo eléctrico. Introduce la relación entre carga eléctrica y campo eléctrico, y explica cómo la ley de Gauss puede simplificar cálculos de campo eléctrico para distribuciones de carga con simetría como cilíndricas y esféricas. Luego define flujo eléctrico y cómo calcularlo a través de superficies planas, inclinadas o irregulares dentro de campos uniformes o no uniformes. Finalmente enuncia la
1) El documento describe la estructura del átomo y las partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones.
2) Explica que los átomos pueden ganar o perder electrones para formar iones positivos o negativos.
3) Define la carga eléctrica y cómo puede cuantizarse en múltiplos de la carga fundamental del electrón.
Este documento presenta tres oraciones o menos:
El documento describe cómo modelar campos vectoriales bidimensionales y tridimensionales utilizando los programas MATLAB y Mathematica, incluyendo representaciones gráficas de campos vectoriales, cálculo de gradiente, rotacional y divergencia, y aplicaciones de estos conceptos.
El documento describe las características de las cantidades físicas escalares y vectoriales. Las cantidades escalares se definen por un número real y una unidad, mientras que las cantidades vectoriales se definen por magnitud, dirección y sentido. Se explican conceptos como módulo, dirección, sentido y punto de aplicación para representar vectores. También se describen métodos para determinar la resultante de vectores concurrentes y no colineales.
El documento explica el concepto de producto vectorial y sus propiedades. El producto vectorial de dos vectores A y B, representado como A x B, es un vector perpendicular al plano formado por A y B, cuya magnitud es igual al área del paralelogramo formado por los vectores y cuya dirección sigue la regla de la mano derecha. El documento también describe siete propiedades clave del producto vectorial, incluida que A x B es un vector perpendicular a ambos vectores A y B.
Este documento presenta la introducción a un libro sobre mecánica cuántica. Describe brevemente la biografía del autor Luis de la Peña y los temas que se cubrirán en el libro, incluyendo la mecánica cuántica primitiva, la ecuación de Schrödinger, partículas libres y problemas unidimensionales. El libro también contiene problemas y ejercicios relacionados con estos temas.
Apuntes de Teoría Electromagnética. UC. ZOZAYA, A. J..pdfCataldo Asaro B
Este documento presenta un prefacio y un índice general de un libro de apuntes sobre teoría electromagnética. El prefacio explica que los apuntes resumen los principales conceptos y fórmulas matemáticas enseñadas en las asignaturas de teoría electromagnética. El índice general lista 11 capítulos que cubren temas como análisis vectorial, campo electrostático, problemas con valores en la frontera, corriente eléctrica y ecuaciones de Maxwell.
Lecciones sobre ecuaciones en DERIVADAS PARCIALES l. G. PETROVSKIRaul Ibañez
Este documento es un libro sobre ecuaciones en derivadas parciales escrito por L. G. Petrovski. Contiene 43 secciones organizadas en 4 capítulos que cubren temas como ecuaciones hiperbólicas, elípticas y parabólicas. Incluye prólogos, índices y tratamientos matemáticos detallados de problemas como el problema de Cauchy y vibraciones de cuerpos finitos para diferentes tipos de ecuaciones.
Este documento presenta el índice y contenido de un curso de Mecánica Cuántica I. Incluye una introducción a la crisis de la física clásica y los principios fundamentales de la mecánica cuántica. También presenta conceptos matemáticos básicos como espacios vectoriales y operadores lineales. Luego, describe las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica como los operadores posición y momento, y ecuaciones como la ecuación de Schrödinger. Finalmente, analiza soluciones para algun
Este documento presenta un resumen de temas relacionados con la propagación de ondas, incluyendo ondas elásticas, electromagnéticas y sísmicas. Se divide en 12 capítulos que cubren conceptos básicos de ondas, ecuaciones de ondas, propagación de ondas en medios elásticos isotrópicos y anisotrópicos, y métodos numéricos para resolver ecuaciones de ondas. El objetivo es proveer una introducción a estos temas para estudiantes y profesionales interesados en aplicaciones geofísicas y de
Este documento presenta los fundamentos del electromagnetismo y del cálculo numérico asociado. Incluye temas como campos eléctricos y magnéticos, leyes de Maxwell, propagación de ondas electromagnéticas, movimiento de partículas cargadas y efectos en medios materiales. El documento contiene ecuaciones, ilustraciones y problemas de aplicación práctica.
Este documento presenta una introducción a la física cuántica. Comienza describiendo los experimentos clave que llevaron al desarrollo de la física cuántica, como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton. Luego introduce conceptos fundamentales como el postulado de De Broglie, el modelo atómico de Bohr y el experimento de la doble rendija. Más adelante, desarrolla la ecuación de Schrödinger y los postulados de la mecán
Este documento trata sobre fundamentos de electromagnetismo e incluye cálculo numérico. Presenta conceptos como campo eléctrico, campo magnético, fuentes de campo, leyes de Maxwell y propagación de ondas electromagnéticas. Contiene ecuaciones, figuras y problemas de electromagnetismo.
Este documento presenta un resumen de los principios fundamentales del electromagnetismo. Se divide en seis capítulos que cubren electrostática, corrientes continuas, magnetostática, propiedades magnéticas de la materia, inducción y algunos problemas de aplicación. El objetivo es proporcionar una introducción general a los conceptos y ecuaciones básicas de esta rama de la física.
Este documento presenta la teoría de la relatividad general. Comienza con una discusión sobre el principio de equivalencia y sus implicaciones matemáticas. Luego introduce las ecuaciones de Einstein, que relacionan la geometría del espacio-tiempo con el contenido de energía y momento. Finalmente, revisa algunas pruebas clásicas de la teoría, como el perihelio de Mercurio y la deflexión de la luz.
Este documento presenta un curso introductorio sobre física de sólidos. Incluye temas como el modelo de Drude para la conducción eléctrica en metales, la teoría de Sommerfeld del gas de electrones, las limitaciones del modelo de electrón libre, las redes cristalinas, la difracción de rayos X y neutrones, el teorema de Bloch y las vibraciones en la red cristalina. El documento proporciona una guía general de los conceptos fundamentales requeridos para comprender la estructura y propiedades de los sól
5. Apuntes de física I autor Universidad Politécnica de Madrid (1).pdfSistemasGSA
Este documento presenta apuntes de Física I. Explica conceptos básicos de vectores como magnitudes vectoriales y escalares, componentes cartesianas de un vector, operaciones con vectores como suma, resta, producto escalar y vectorial. También cubre temas de cinemática como posiciones, velocidades y aceleraciones, movimiento circular y en un plano. Posteriormente, introduce conceptos de dinámica como las leyes de Newton, fuerzas, trabajo, energía y momento cinético para una partícula y sistemas de partículas.
Este documento presenta apuntes de Física I. Explica conceptos básicos de vectores como magnitudes vectoriales y escalares, componentes cartesianas de un vector, operaciones con vectores como suma, resta, producto escalar y vectorial. También cubre temas de cinemática como posiciones, velocidades y aceleraciones, movimiento circular y en un plano. Posteriormente, introduce conceptos de dinámica como las leyes de Newton, fuerzas, trabajo, energía y momento cinético para una partícula y sistemas de partículas.
Este documento presenta un análisis dinámico de estructuras en el dominio de la frecuencia. Introduce los conceptos básicos del análisis dinámico y los métodos de cálculo, incluyendo el análisis en el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia. Luego, se centra en el análisis dinámico de sistemas de un grado de libertad y múltiples grados de libertad en el dominio de la frecuencia, utilizando conceptos como la transformada de Fourier. Finalmente, incluye una aplic
Este documento presenta un resumen de un libro sobre curvas elípticas. En la introducción, explica cómo la teoría de curvas elípticas permite resolver problemas diofánticos como encontrar las soluciones enteras de una ecuación dada. A continuación, distingue entre puntos racionales y enteros en curvas de diferentes géneros. El índice general enumera los 10 capítulos que componen el libro y ofrece un breve resumen de cada uno.
1. El documento presenta notas sobre electrodinámica clásica elaboradas por Luis J. Garay para su uso en la enseñanza. 2. Incluye advertencias como que las notas son incompletas y no deben sustituir a la bibliografía principal. 3. Contiene también una bibliografía relevante y un índice de los temas tratados.
Este documento presenta un libro titulado "Fundamentos del Cálculo" escrito por cuatro autores y publicado en 2008. El libro contiene 12 capítulos que cubren temas como los números reales, funciones, límites, derivadas, integrales indefinidas y definidas, ecuaciones diferenciales y series. El libro provee una introducción histórica al cálculo y explica sus conceptos fundamentales y aplicaciones.
Este documento presenta un libro titulado "Fundamentos del Cálculo" escrito por cuatro autores y publicado en 2008. El libro contiene 12 capítulos que cubren temas como los números reales, funciones, límites, derivadas, integrales indefinidas y definidas, ecuaciones diferenciales y series. El libro provee una introducción histórica al cálculo y explica sus conceptos fundamentales y aplicaciones.
Este documento trata sobre mecánica cuántica. Presenta una introducción al proceso de medida en mecánica cuántica y la interpretación estadística de la teoría. Luego, discute varias simetrías importantes como desplazamientos en el tiempo y espacio, rotaciones, paridad e inversión temporal. Finalmente, cubre temas de teoría de colisiones como métodos aproximados, desarrollo en ondas parciales y simetrías en amplitudes de colisión para partículas con y sin espín.
Este documento presenta un proyecto de fin de carrera sobre vibraciones de elementos estructurales simples como barras y vigas. El objetivo principal es estudiar las vibraciones libres y forzadas en este tipo de elementos, considerando tanto condiciones de contorno fijas como dependientes del tiempo. Se analizan casos prácticos de una barra empotrada con carga puntual en su extremo libre y de una viga en voladizo. Adicionalmente, se comparan los resultados obtenidos con condiciones de contorno fijas y dependientes del tiempo.
L. D. Landau - Mecánica cuántica (Teoría No-Relativista). 3-Reverté (2005).pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
Este documento presenta la segunda edición del tercer volumen de un curso de física teórica dedicado a la mecánica cuántica no relativista. El volumen ha sido revisado y ampliado considerablemente, manteniendo el mismo plan y carácter general. Se añadió un nuevo capítulo sobre la estructura del núcleo.
This document provides an overview and table of contents for the Physical Chemistry textbook by McQuarrie and Simon. It describes the LibreTexts project which openly licenses free online textbooks. The document outlines 13 interconnected open education libraries covering a range of fields from basic to advanced levels. It notes that the LibreTexts libraries are supported by various educational organizations and that the content is licensed for free use and adaptation with attribution.
This document describes a new type of battery that is safer and longer lasting than current lithium-ion batteries. The battery replaces the liquid electrolyte in lithium-ion batteries with a solid electrolyte made of a special type of ceramic that is non-flammable and allows ions to flow more freely. As a result, the batteries can be charged faster, last longer through more charge cycles, and work at both high and low temperatures without fire risk. They are expected to greatly improve safety in devices like electric vehicles.
Física. Vol. 3. alonso finn Fundamentos cuánticos y estadísticos.pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
Este documento proporciona una tabla periódica de los elementos químicos con sus números atómicos, masas atómicas y otros datos fundamentales. Además, incluye constantes físicas universales como la constante de Planck, la carga del electrón y la constante de Boltzmann.
Quantum Mechanics_ 500 Problems with Solutions ( PDFDrive ).pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
The document provides an overview of the key developments in quantum theory that led to the emergence of quantum mechanics. It discusses Planck's quantum hypothesis, Einstein's explanation of the photoelectric effect and Compton effect, Bohr's theory of the hydrogen atom, and the Wilson-Sommerfeld quantization rule. Various concepts are defined, such as Planck's constant, photons, Compton wavelength, Bohr radius, Rydberg constant, and spectral series of the hydrogen atom. Example problems are provided to illustrate applications of these foundational ideas in quantum theory.
Physics Foundations and Applications. Vol. 1 - Robert Eisberg.pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
This document provides a table of selected physical quantities with their typical symbols, SI units, and dimensions. It includes quantities such as mass, length, time, velocity, acceleration, angle, angular velocity, frequency, momentum, force, work, power, temperature, charge, electric and magnetic fields, capacitance, resistance, and others. It also provides tables of selected non-SI units and conversion factors as well as useful physical data like the gravitational acceleration at Earth's surface and masses of astronomical bodies.
Cohen-Tannoudji, Diu and Laloë - Quantum Mechanics (vol. I, II and III, 2nd e...BEATRIZJAIMESGARCIA
This document provides directions for using a three volume textbook on quantum mechanics. Volume I introduces basic concepts and tools of quantum mechanics. Volume II builds upon this with more advanced topics. Volume III treats subjects like identical particles and quantum field theory using creation/annihilation operator formalism. The chapters present fundamental concepts while the complements provide illustrations, examples, and exercises. Later complements may be more difficult. The book aims to ease the learning of quantum mechanics by thoroughly explaining each topic.
El documento consiste en una lista repetitiva de la dirección URL www.elsolucionario.net, lo que indica que el sitio web www.elsolucionario.net es el tema principal del documento.
This document contains the table of contents and preface for a solution manual for Introduction to Quantum Mechanics, 2nd edition. The preface notes that the solutions are the author's own work and thanks people who pointed out errors in the first edition. It encourages reporting any issues found in this manual. An appendix and problem correlation grid between editions are also included at the end.
Student Solutions Manual for Quantum Chemistry, 7th Edition, Ira N, Levine.pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
1. This document provides solutions to problems from Chapter 1 of a textbook on quantum mechanics.
2. It includes calculations of photon energies, work functions, wavelengths, probabilities, wave functions, and other foundational quantum mechanics concepts.
3. Many problems involve applying the Schrödinger equation, Planck's law, Maxwell-Boltzmann distribution, and other key equations to calculate quantities related to photons, electrons, energy levels, and probabilities.
Este documento contiene información sobre una ayudantía de mecánica cuántica II en la Pontificia Universidad Católica de Chile. El documento incluye definiciones sobre el spin de partículas subatómicas y operadores de spin. También presenta tres problemas resueltos relacionados con el spin de electrones y partículas en campos magnéticos, incluyendo cálculos de probabilidades y matrices de spin.
This document provides an overview of the Pearson Advanced Chemistry Series textbook on Quantum Chemistry by Ira N. Levine. It introduces the author and goals of supporting upper-level chemistry coursework through cutting-edge content and multimedia resources. The series aims to not only help students complete coursework but build foundations for future success in STEM fields. Brief descriptions are provided of the books available in the series covering topics like analytical chemistry, forensic chemistry, inorganic chemistry, and more. Readers are directed to the publisher's website to learn more and access additional materials.
Robert M. Eisberg, Lawrence S. Lerner - Physics_ Foundations and Appli.pdfBEATRIZJAIMESGARCIA
This document provides a summary of selected physical quantities including their typical symbols, SI units, and dimensions. It lists quantities such as mass, length, time, velocity, acceleration, angle, angular frequency, momentum, force, work, power, stress, elastic moduli, temperature, heat, entropy, electric charge, electric field, electric potential, capacitance, current, resistance, magnetic field, and inductance among others. It also provides conversion factors between common non-SI units and the International System of Units.
Este documento presenta un resumen del libro "Física Vol. III: Fundamentos Cuanticos y Estadísticos". El libro cubre la física cuántica y la física estadística a nivel introductorio, incluyendo mecánica cuántica, átomos, moléculas, sólidos, estructura nuclear, procesos nucleares, partículas fundamentales, y termodinámica desde una perspectiva estadística. El objetivo es ofrecer a los estudiantes de ciencias e ingeniería una compre
1. El documento presenta la segunda edición del tercer volumen de la obra "Curso de Física Teórica" de Landau y Lifshitz. 2. Este volumen está dedicado a la mecánica cuántica no relativista y sus aplicaciones. 3. Para esta segunda edición, el libro ha sido revisado y ampliado significativamente con nuevos capítulos sobre temas como la estructura del núcleo.
This document provides an overview of key concepts in quantum theory and mechanics, including:
- Planck's quantum hypothesis which proposed that energy is absorbed or emitted in discrete quanta proportional to frequency.
- Einstein's explanation of the photoelectric effect in terms of light quanta (photons) which supported Planck's hypothesis.
- Compton's explanation of x-ray scattering in terms of photon-electron interactions.
- Bohr's model of the hydrogen atom which explained its emission spectrum through quantized electron orbits and transitions.
- The Wilson-Sommerfeld quantization rule which generalized Bohr's model to other systems.
This document introduces some key concepts in quantum mechanics:
- Light exhibits both wave-like and particle-like properties, known as wave-particle duality. Einstein's photon theory explained the photoelectric effect.
- Matter also exhibits wave-particle duality, as proposed by de Broglie. Bohr used this to develop his model of the hydrogen atom with discrete energy levels.
- A wave packet can be used to describe localized particles in quantum mechanics. Its position and momentum spreads are related by the uncertainty principle.
Este documento presenta notas de clase sobre mecánica cuántica. Contiene una introducción a los espacios vectoriales lineales y sus propiedades, incluyendo subespacios vectoriales, bases y dimensiones. También cubre espacios de Hilbert, operadores normales y autoadjuntos, y la notación de Dirac para representar vectores y operadores cuánticos. El documento proporciona una base sólida para comprender los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica.
¿Qué es?
El VIH es un virus que ataca el sistema inmunitario del cuerpo humano, debilitándolo y dejándolo vulnerable a otras infecciones y enfermedades.
Se transmite a través de fluidos corporales como sangre, semen, secreciones vaginales y leche materna.
A medida que avanza, el VIH puede desarrollarse en SIDA, una etapa avanzada de la infección donde el sistema inmunitario está severamente comprometido.
Estadísticas
Más de 38 millones de personas viven con VIH en todo el mundo, según datos de la ONU.
Las tasas de infección varían según la región y el grupo demográfico, con una prevalencia más alta en África subsahariana.
Modos de Transmisión
El VIH se transmite principalmente a través de relaciones sexuales sin protección, compartir agujas contaminadas y de madre a hijo durante el parto o la lactancia.
No se transmite por contacto casual como estrechar la mano o compartir utensilios.
Prevención y Tratamiento
La prevención incluye el uso de preservativos durante las relaciones sexuales, evitar compartir agujas y acceder a la profilaxis preexposición (PrEP) para aquellos con mayor riesgo.
El tratamiento del VIH implica el uso de terapia antirretroviral (TAR), que ayuda a controlar la replicación viral y permite que las personas con VIH vivan vidas más largas y saludables
Priones, definiciones y la enfermedad de las vacas locasalexandrajunchaya3
Durante este trabajo de la doctora Mar junto con la coordinadora Hidalgo, se presenta un didáctico documento en donde repasaremos la definición de este misterio de la biología y medicina. Proteinas que al tener una estructura incorrecta, pueden esparcir esta estructura no adecuada, generando huecos en el cerebro, de esta manera creando el tejido espongiforme.
Fijación, transporte en camilla e inmovilización de columna cervical II.pptxjanetccarita
Explora los fundamentos y las mejores prácticas en fijación, transporte en camilla e inmovilización de la columna cervical en este presentación dinámica. Desde técnicas básicas hasta consideraciones avanzadas, este conjunto de diapositivas ofrece una visión completa de los protocolos cruciales para garantizar la seguridad y estabilidad del paciente en situaciones de emergencia. Útil para profesionales de la salud y equipos de respuesta ante emergencias, esta presentación ofrece una guía visualmente impactante y fácil de entender.
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5. Luis de la Peña realizó sus estudios de ingeniero en comunicaciones
y electrónica en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctri-
ca (esime) del Instituto Politécnico Nacional, y el doctorado en cien-
cias físico-matemáticas en la Universidad Estatal Lomonosov de
Moscú. Desde 1958 labora en el Instituto de Física de la Universidad
Nacional Autónoma de México (unam), del cual es investigador
emérito. En 1984 se le otorgó la Medalla Académica de la Sociedad
Mexicana de Física, en 1989 el Premio Universidad Nacional (en In-
vestigación en Ciencias Exactas) y en 2002 el Premio Nacional de
Ciencias y Artes en el área de Ciencias Físico-Matemáticas y Naturales.
Mirna Villavicencio realizó sus estudios de licenciatura y maestría
en la Facultad de Ciencias de la unam. Desde 1993 es profesora
asociada del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la
unam.
6. LUIS DE LA PEÑA • MIRNA VILLAVICENCIO
PROBLEMAS Y EJERCICIOS
DE MECÁNICA CUÁNTICA
Universidad Nacional Autónoma de México
Fondo de Cultura Económica
méxico
30. Índice de figuras
I.1. Energı́a media de los osciladores de Planck como función
de la frecuencia, a una temperatura dada. . . . . . . . . 6
I.2. Dispersión Compton de un fotón por un electrón. . . . . 10
I.3. Forma general del potencial V(r); se ilustra el caso k=10. 16
II.1. Comparación entre varias distribuciones normales para
diferentes valores de la variancia. . . . . . . . . . . . . . 31
III.1. Distribución inicial de electrones para el problema III.4. 44
III.2. Obtención de una base ortonormal a partir de un con-
junto de vectores arbitrarios por el método de Gram-
Schmidt para el caso n=3. . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
VI.1. Localización de los valores propios de la energı́a para el
pozo cuadrado infinito. En (a) se muestran las soluciones
pares y en (b) las impares. . . . . . . . . . . . . . . . . 96
VI.2. Pozo de potencial simétrico que produce un espectro dis-
creto para E 0 y un espectro continuo para E 0. . . 97
VI.3. Pozo rectangular unidimensional finito. . . . . . . . . . 99
VI.4. Barrera rectangular unidimensional. . . . . . . . . . . . 101
VI.5. Pozo doble simétrico rectangular. . . . . . . . . . . . . . 103
VI.6. Funciones de onda para n = 1 para el pozo rectangular
doble. En (a) se muestran las soluciones deslocalizadas
simétrica y antisimétrica, mientras que en (b) se mues-
tran las soluciones que corresponden a partı́culas locali-
zadas en un pozo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
VI.7. Funciones de onda entrante y saliente. . . . . . . . . . . 110
VI.8. Pozo rectangular finito con barrera infinita. . . . . . . . 112
VI.9. Pozo para el ejercicio VI.22. . . . . . . . . . . . . . . . . 126
IX.1. Diagrama esquemático del efecto Aharonov-Bohm. . . . 199
XIV.1. Efecto Stark lineal para la lı́nea H alfa, debido al desdo-
blamiento de los niveles n = 2 y n = 3. . . . . . . . . . . 396
XV.1. Método de Rabi para la medición del momento magnético. 459
XIX.1. Absorción de radiación electromagnética por HCl. . . . 587
XX.1. Coordenadas de laboratorio y CM; en (a) se muestran
los vectores de posición y en (b) las velocidades. . . . . 597
XX.2. Dispersión de partı́culas por un potencial central. . . . . 625
XX.3. Dispersión elástica por una esfera rı́gida. . . . . . . . . . 627
xxix
31.
32. Prefacio
E
n este volumen se discute con detalle la solución de cada uno de los
problemas sugeridos al lector en el texto Introducción a la mecánica
cuántica, de Luis de la Peña, a los que se han agregado otros para
redondear su contenido. Durante la elaboración del volumen se ha
tenido presente en todo momento que mucho más importante que la
mera solución de un ejercicio es el valor didáctico que el proceso de su solución
puede tener para fijar y mejorar la comprensión del tema en estudio. Por esta
razón, las discusiones son normalmente detalladas y, con mucha frecuencia, se les
extiende bastante más allá de las fronteras que podrı́an considerarse naturales si
el libro fuera un simple problemario. Por lo mismo, en muchos casos se presentan
soluciones alternativas o discusiones complementarias, que tienen que ver más
con la fı́sica involucrada que con el método a seguir, o bien, se agrega material
para mostrar posibles aplicaciones del tema o del método empleado. Todo esto
hace del volumen un auxiliar didáctico a ser usado de preferencia lado a lado
con el correspondiente texto, preparado con la intención de ayudar al estudiante
de mecánica cuántica a adquirir conocimientos más sólidos del tema, a la vez
que experiencia y práctica suficientes en la solución de problemas, aspecto que
constituye un apremiante escollo para la mayorı́a de los estudiantes del tema. Con
el objeto de enriquecer el volumen y hacerlo de interés para un cı́rculo más amplio
de usuarios, se han agregado a los 340 problemas propuestos en el texto original,
otros 171 agrupados en cada capı́tulo bajo el rubro de problemas adicionales,
seleccionados para complementar apropiadamente los anteriores, lo que hace un
total de 511 problemas resueltos en la obra. Finalmente, como colofón de cada
capı́tulo se proponen nuevos ejercicios a resolver, hasta formar un total de 332.
Este libro, tal como sucede con el texto que le sirve de base, está destinado
en primer lugar a los estudiantes de nivel de licenciatura que desean adquirir un
sólido conocimiento de los principios de la mecánica cuántica, particularmente
estudiantes de las carreras de fı́sica y afines, como algunas de las ingenierı́as
modernas o la quı́mica teórica. Sin embargo, el nivel se extiende de manera natural
hasta cubrir varios temas más propios de los estudios de posgrado o de cursos
especializados, los que aparecen marcados en el texto de base con frecuencia con
un asterisco. De manera análoga, los problemas que requieren de conocimientos o
procedimientos de solución claramente más avanzados que los que corresponden al
nivel introductorio han sido marcados con un asterisco o, de manera excepcional,
con un doble asterisco. Las frecuentes discusiones complementarias a lo que serı́a
la solución escueta de los problemas no han sido marcadas en forma alguna, de
tal manera que es el propio contexto lo que debe orientar al alumno a distinguir
una parte de otra, aunque con la intención de facilitar esta tarea, en ocasiones se
abre tal discusión con alguna frase introductoria apropiada. En todo caso, es el
interés del propio alumno el que debe decidir hasta donde avanza en cada ocasión.
La organización del volumen es directa; en la primera sección de cada capı́tu-
lo se resuelven todos y cada uno de los problemas propuestos en Introducción a
la mecánica cuántica, libro al cual se hace referencia simplemente como el tex-
xxxi
33. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
to. Sigue en cada caso una segunda sección en que se resuelven y discuten de
manera análoga los problemas adicionales, los que pueden cubrir cualquiera de
los tópicos propios al capı́tulo y han sido ordenados por contenido siguiendo de
manera aproximada al texto base. Finalmente, aparece la sección de ejercicios a
resolver, en el mismo o cercano orden; el nivel de estos ejercicios es normalmente
introductorio. La redacción de los problemas de la primera sección es la original
del texto, aunque se dan de vez en cuando pequeños cambios de estilo. Sólo en
un caso especı́fico se encontró conveniente modificar el enunciado del problema
para aumentar su interés didáctico.
A la preparación del presente volumen han ayudado muchas personas, directa
o indirectamente, a todos los cuales los autores desean expresar su agradecimiento.
En primer lugar, deben contarse los muchos estudiantes (aunque menos de lo
que hubiera sido deseable) que a lo largo de los años aportaron sus comentarios
y observaciones sobre los problemas del texto (o aún sobre el propio texto).
Colaboraciones particularmente útiles y directas fueron las proporcionadas por
el maestro en ciencias Maximino Aldana y el fı́sico Alfonso Cortina, quienes
revisaron los capı́tulos xvi y xvii, respectivamente, y la de la doctora Ana Marı́a
Cetto, quien, de manera voluntaria y pese a sus múltiples tareas, se echó encima
la de revisar con cuidado el texto del volumen completo. A su vez, el maestro en
ciencias Eduardo Roa colaboró con sus comentarios a lo largo de la preparación del
material. Todas las figuras fueron preparadas con el programa de dibujo técnico
Metagráfica, gentilmente proporcionado por su autor, el fı́sico Alejandro Aguilar.
Los autores han puesto el máximo cuidado para reducir al mı́nimo el número
de errores, incluyendo los tipográficos. Sin embargo, les es claro que en obras
como la presente de lo único que se puede estar seguro, es de que se han colado
muchos más de lo que merece su esfuerzo y dicta su deseo. De antemano piden
las debidas disculpas por ello, y solicitan de los lectores su comprensión y, sobre
todo, su colaboración, haciéndoles llegar los comentarios u observaciones que
crean pertinentes para mejorar la obra.
Luis de la Peña
Mirna Villavicencio
xxxii
34. I. La mecánica cuántica primitiva
I.1. Problemas del texto
I.1 Obtenga las expresiones lı́mite de la distribución de Planck para pequeñas y
grandes frecuencias, a temperatura fija. ¿Cuál es la forma de la función f(ω/T) que
aparece en la ley de Wien (ecuación (T1.10)1) para altas frecuencias y por qué no
puede determinarse clásicamente? Discuta sus resultados.
La expresión de Planck para la densidad espectral del campo está dada por
(T1.12)2
ρ (ω) =
~ω3
π2c3
1
e~ω/kBT − 1
, (I.1)
donde ω = 2πν representa la frecuencia angular. Con ayuda del desarrollo en
serie de la función exponencial,
ex
=
∞
X
n=0
1
n!
xn
, (I.2)
puede escribirse
e~ω/kBT
− 1 =
∞
X
n=1
1
n!
~ω
kBT
n
. (I.3)
Consideremos una temperatura T fija, finita y diferente de cero. En el caso
ω/T → 0 sólo el término de orden más bajo contribuye efectivamente, por lo que
puede aproximarse
e~ω/kBT
− 1 '
~ω
kBT
. (I.4)
De aquı́ sigue
ρ (ω) ≈
~ω3
π2c3
kBT
~ω
=
ω2
π2c3
kBT, (I.5)
1
El prefijo T de las ecuaciones se refiere al libro de texto Introducción a la mecánica cuántica,
de Luis de la Peña, unam/fce, México, 1991.
2
Esta expresión no contiene el término contribuido por la energı́a del punto cero y correspon-
de a la ley obtenida por Planck en su llamada primera teorı́a (termodinámica, con elementos
heurı́sticos).
1
35. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
que es precisamente la expresión obtenida por Rayleigh y Jeans. Nótese que
ω/T → 0 puede interpretarse como ω → 0 con T fija, o bien T → ∞ con ω fija,
caso que corresponde al lı́mite clásico.
Si se compara la última expresión con la ley de Wien, ecuación (T1.10)3
ρ (ω) = ω3
f
ω
T
, (I.6)
resulta que para frecuencias bajas (o altas temperaturas)
f
ω
T
=
kBT
π2c3ω
. (I.7)
Por otro lado, a frecuencias altas (o bajas temperaturas), e~ω/kBT 1, por
lo que la distribución de Planck se puede aproximar por la llamada distribución
de Wien,
ρ (ω) '
~ω3
π2c3
e−~ω/kBT
. (I.8)
Comparando de nuevo con la ecuación (T1.10) vemos que ahora
f
ω
T
=
~
π2c3
e−~ω/kBT
. (I.9)
Como este resultado depende de manera esencial de la constante de Planck,
no es posible derivarlo de consideraciones clásicas, a diferencia del caso corres-
pondiente a bajas frecuencias. De hecho, el fı́sico alemán Wilhelm Wien propuso
su distribución en 1896 sobre bases heurı́sticas.
Los resultados anteriores muestran que para cualquier temperatura se tiene
f
ω
T
=
~
π2c3
1
e~ω/kBT − 1
. (I.10)
Es claro que las dos expresiones obtenidas anteriormente no son sino el valor
lı́mite de esta función cuando ω/T → 0 ó ∞. Aquı́ también notamos que la
dependencia en la constante de Planck explica la imposibilidad de determinar
esta función con métodos puramente clásicos. De hecho, hemos seguido aquı́ el
camino inverso al tomado por Planck: de su distribución obtuvimos los dos valores
asintóticos, para T → ∞ (lı́mite clásico de altas temperaturas, aplicable sólo a
bajas frecuencias para evitar la catástrofe ultravioleta y dado por la distribución
de Rayleigh-Jeans) y para altas frecuencias (libre de tal catástrofe, pero aplicable
sólo a bajas temperaturas y dado por la distribución de Wien), mientras que
Planck interpoló heurı́sticamente entre estas dos distribuciones para construir
una nueva, con la esperanza de que correspondiera (como sucedió) a la realidad.
I.2 Obtenga la ley de Stefan-Boltzmann u = cte ×T4 a partir de la distribución de
Planck.
La densidad de energı́a de un campo electromagnético en equilibrio contenida
dentro del intervalo de frecuencias dν = dω/2π es
ρT (ν) dν =
8πν3h
c3
1
ehν/kBT − 1
dν. (I.11)
3
A este resultado fundamental se le llama también en ocasiones ley de desplazamiento de
Wien, aunque con este nombre se distingue con frecuencia una consecuencia especı́fica y muy
importante de ella, que mencionaremos más adelante en el problema I.3.
2
36. La mecánica cuántica primitiva
Al integrar esta cantidad sobre todas las frecuencias obtenemos la densidad
de energı́a de un cuerpo negro a temperatura T. Con el cambio de variable
q = hν/kBT, queda
u(T) ≡
Z ∞
0
ρT (ν) dν =
8πk4
BT4
c3h3
Z ∞
0
q3
eq − 1
dq =
8πk4
BT4
c3h3
·
π4
15
, (I.12)
donde se tomó en cuenta que (Gradshteyn y Ryzhik (1980), 3.411)
Z ∞
0
x3
ex − 1
dx = Γ(4)ζ(4) = 6ζ(4), (I.13)
con ζ una función Zeta de Riemann,
ζ(4) =
∞
X
n=1
1
n4
=
π4
90
. (I.14)
Es costumbre escribir este resultado, conocido como ley de Stefan-Boltzmann, en
la forma
u =
4σ
c
T4
, (I.15)
con la constante de Stefan-Boltzmann σ dada por
σ =
2π5k4
B
15c2h3
. (I.16)
Ası́, la ley de Planck explica la ley de Stefan-Boltzmann y permite determinar el
valor de la constante que aparece en ella.4
I.3 Muestre que la ley de Planck predice que la densidad espectral de la radiación
de cuerpo negro tiene un máximo para cada temperatura, que ocurre a la longitud
de onda
λm =
2πc~
4.965
1
kBT
.
Calcule νm y explique por qué νm 6= c/λm. Este resultado —conocido como ley de
desplazamiento de Wien— muestra que al elevarse la temperatura del cuerpo negro,
el máximo de intensidad de la radiación se desplaza hacia las longitudes de onda
cortas.
Reescribimos la densidad espectral de radiación de cuerpo negro en la forma
(I.11), donde el subı́ndice T indica que consideramos una temperatura constante.
Conviene primero expresar esta densidad en términos de la longitud de onda, para
lo cual debemos determinar ρT (λ). De la teorı́a general de cambio de variable se
tiene f (x) dx = f(x(y)) |J| dy, con J = (∂xy) el jacobiano de la transformación.
De ν = c/λ sigue
dν = −
c
λ2
dλ
4
La ley de Stefan-Boltzmann fue establecida como una relación empı́rica por J. Stefan en
1879 y derivada teóricamente por L. Boltzmann en 1884. Una discusión detallada puede verse,
por ejemplo, en L. Garcı́a-Colı́n, La Naturaleza Estadı́stica de la Teorı́a de los Cuantos (UAM-
I, México, 1987) y la bibliografı́a que ahı́ se menciona. Véase también E. Braun, Una faceta
desconocida de Einstein, Colección La Ciencia desde México, No. 19 (FCE, México, 1986).
3
37. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
(el signo menos indica que a un aumento en la frecuencia corresponde una dismi-
nución en la longitud de onda, al ser estas variables inversamente proporcionales),
lo que conduce a
ρT (λ) =
c
λ2
ρT (c/λ) =
8πhc
λ5
1
ehc/λkBT − 1
(I.17)
como la expresión para la densidad espectral de la radiación de cuerpo negro en
términos de la longitud de onda.
Para encontrar el máximo de esta función se debe determinar el valor λm que
satisface la condición
dρT (λ)
dλ
38.
39.
40.
41. λm
= 0, (I.18)
o sea
−5λmkBT ehc/λmkBT − 1
+ hcehc/λmkBT
λ2
mkBT ehc/λmkBT − 1
2 = 0.
El denominador de esta expresión es siempre diferente de cero para λm y T finitas.
Por lo tanto, sólo nos interesa la condición
−5λmkBT
ehc/λmkBT
− 1
+ hcehc/λmkBT
= 0,
es decir
e−x
+ 1
5 x − 1 = 0, (I.19)
en donde hemos sustituido x = hc/λmkBT. Esta ecuación trascendente puede
resolverse por aproximaciones sucesivas, obteniéndose
x ' 5(1 − e−5
) = 4.965 . . .
Por lo tanto,
λm =
2π~c
4.965
1
kBT
. (I.20)
En términos de la constante
b ≡
hc
4.965kB
= 2.8978 × 10−3
m · K, (I.21)
la ley de desplazamiento de Wien (I.20) toma la forma
λmT = b. (I.22)
Esta ley establece que a medida que la temperatura de un cuerpo negro aumenta,
el máximo de su distribución de energı́a se desplaza hacia longitudes de onda
más cortas, lo que se observa como un cambio en el color del cuerpo (y explica
el nombre dado a este resultado). La teorı́a permite ası́ fijar h en términos del
valor experimental de la constante de Wien b, que fue el método empleado por
Planck para la determinación experimental de su constante. Es claro que b no es
determinable por métodos clásicos.
El factor jacobiano diferente de la unidad en la transición de ρ(ω) a ρ(λ) hace
que la ecuación que determina la frecuencia a la que ocurre el máximo difiera de
(I.19), por lo que en efecto no se cumple la relación νm =c/λm. Esto se comprueba
4
42. La mecánica cuántica primitiva
calculando la frecuencia νm para la cual la derivada de ρ(ν) dada por (I.11) se
anula, lo que conduce a la ecuación
e−x
+ 1
3 x − 1 = 0, x = hνm/kBT. (I.23)
La ley de desplazamiento de Wien se utiliza ampliamente para investigar la
temperatura de cuerpos calientes (con espectro similar al de cuerpo negro),5 pues
para ello basta conocer la longitud de onda a la cual la intensidad de radiación
es máxima. Por ejemplo, aceptando que el espectro solar corresponda al de un
cuerpo negro, del hecho de que la energı́a radiada por el Sol presenta un máximo
a λm ' 5 × 103Å sigue que la temperatura de la superficie solar es
T = 2.9 × 10−3
×
1
5
× 10−3
× 1010
≈ 5800 K.
Otra aplicación interesante ocurre al considerar la radiación de fondo del universo,
cuyo espectro corresponde a una planckiana de temperatura T = 2.7 K. A
esta temperatura el máximo de la densidad de energı́a radiada corresponde a
la longitud de onda λm = 0.107 cm, es decir, en la banda de microondas, hecho
que facilitó la detección de esta radiación empleando precisamente detectores de
microondas (véase el problema I.5).
I.4 Construya una gráfica de la energı́a media de los osciladores de Planck versus
la frecuencia y úsela para mostrar que el postulado En = n~ω introduce un corte
en el espacio de las frecuencias. Determine esta frecuencia de corte. Este resultado
muestra que el postulado mencionado impide que se exciten modos de frecuencia
arbitrariamente alta a una temperatura dada.
Es conveniente partir de la siguiente observación. Sea x una variable alea-
toria que puede tomar valores x1, x2, . . . , xn con probabilidades p1, p2, . . . , pn y
Pn
i=1 pi = 1, de tal manera que x1 x2 . . . xn. El valor medio x̄ de x cumple
entonces con
x1 x̄ xn. (I.24)
En palabras: el valor medio de x está comprendido entre el menor y el mayor de
los valores que esta variable puede alcanzar.
Consideremos ahora la energı́a de los osciladores de Planck como una varia-
ble aleatoria que puede tomar los valores En(ω) = n~ω, con n = 1, 2, 3, . . ., con
probabilidades
pn =
1
Z
e−En/kBT
. (I.25)
La función de partición Z(T) es el factor de normalización que garantiza que
P∞
n=1 pn = 1. Como E1 E2 . . ., si Ē denota la energı́a promedio de los
osciladores, de (I.24) sabemos que debe cumplirse que
Ē(ω) =
~ω
e~ω/kBT − 1
E1. (I.26)
Para escribir la forma explı́cita de Ē(ω) como función de la frecuencia se utilizó la
ecuación (T1.35). En la figura I.1 se ilustran las cantidades E1(ω), E2(ω), . . ., y
5
La densidad de energı́a radiada por un cuerpo no negro es (4σ/c)a(T)T4
, con a(T) el poder
absorbente del cuerpo a la temperatura T. La relación a(T) = 1 se toma normalmente como la
definición de cuerpo negro.
5
43. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
E3 E2
E1
c
E
Figura I.1 Energı́a media de los osciladores de Planck como función de la
frecuencia, a una temperatura dada.
Ē(ω) como función de la frecuencia, ası́ como la frecuencia ωc, definida por la
intersección de las trayectorias de E1(ω) y Ē(ω). En esta figura vemos claramente
que para cualquier frecuencia ω ωc, resulta que Ē E1, lo que contradice (I.26).
Luego a la temperatura dada T los osciladores de frecuencia ω ωc no pueden
excitarse. Asimismo, esto queda claro por el hecho de que E1 = ~ω representa la
mı́nima energı́a posible de los osciladores de Planck; como ésta no puede exceder
la energı́a media, la frecuencia de los osciladores que se pueden excitar no excede
a su vez el valor ωc = Ē(ω)/~. En breve, ωc es una frecuencia de corte para los
osciladores.
La frecuencia de corte ωc se determina de la condición Ē(ωc) = E1(ωc); usando
(I.26), esto se escribe como
~ωc
e~ωc/kBT − 1
= ~ωc, (I.27)
de donde sigue que
ωc =
kBT
~
ln 2. (I.28)
Este resultado muestra que la frecuencia de corte ωc crece linealmente con la
temperatura absoluta del cuerpo.
I.5 Hay evidencia de que el universo emite radiación de cuerpo negro correspon-
diente a una temperatura de equilibrio cercana a 3 K. Calcule la energı́a de un
cuanto de luz de longitud de onda λm (problema I.3) a esta temperatura, y a 300 K
(temperatura ambiente).
Como se vio en el problema I.3, la longitud de onda a la cual la curva espectral
de la radiación de fondo del universo tiene su máximo es de aproximadamente
6
44. La mecánica cuántica primitiva
1 mm.6 La energı́a de un cuanto de esta longitud de onda es
E = hc/λm = 2.057 × 10−22
J = 1.284 × 10−9
MeV. (I.29)
En cambio, con T = 300 K en la ecuación (I.22) se obtiene
λm = 9.66 × 10−6
m = 9660 nm, (I.30)
que se encuentra en la zona del infrarrojo lejano. Un cuanto de esta longitud de
onda tiene una energı́a 100 veces mayor que el anterior:
E = 2.057 × 10−20
J = 1.284 × 10−7
MeV.
I.6 Calcule la energı́a de un cuanto de luz visible de longitud de onda de 6000 Å.
Calcule el número de cuantos de esta longitud de onda que emite por segundo una
fuente de 100 watts.
La energı́a de un cuanto de luz está dada por
E = hν = hc/λ. (I.31)
Sustituyendo los valores hc = 1.988 × 10−25 J·m y λ = 6 × 10−7 m, se obtiene
E = 3.313 × 10−19
J = 2.07 eV.
Como la potencia de la lámpara es de 100 watts, radia 100 J por segundo
(suponiendo que toda la energı́a se transforma en radiación de la misma longitud
de onda, que juega aquı́ el papel de una longitud de onda promedio) y el número
de cuantos por segundo es
N =
potencia
energı́a de un cuanto
=
100 J · s−1
3.313 × 10−19 J
,
o sea
N = 3.018 × 1020
s−1
. (I.32)
Para la luz en esta región del espectro, el umbral de detección del ojo humano es
del orden de cien cuantos por segundo, lo que según el cálculo anterior corresponde
a una potencia como de 3.3 × 10−17 W.
I.7 Luz ultravioleta de longitud de onda λ = 3500 Å incide sobre una superficie
de potasio; se observa que la energı́a máxima de los fotoelectrones emitidos es de
1.6 eV. Calcule la función de trabajo del potasio, despreciando correcciones térmicas.
En una versión simplificada del efecto fotoeléctrico un fotón es absorbido
completamente por un electrón de la superficie metálica, de tal manera que
cuando se emite un electrón desde la superficie del metal, su energı́a cinética
es (ecuación (T1.17))
K = hν − W, (I.33)
donde W es el trabajo necesario para sacar al electrón del metal, o sea el trabajo
necesario para superar tanto los campos atractivos de los átomos en la superficie,
6
Sobre esta radiación cósmica de fondo puede encontrarse una amplia literatura. Por ejemplo,
una discusión muy amena del tema se presenta en S. Weinberg, The First Three Minutes (Basic
Books, Nueva York, 1988).
7
45. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
como las pérdidas de energı́a cinética del electrón debidas a sus colisiones con los
átomos de la placa en su trayecto a la superficie.
En el caso en que el electrón reciba toda la energı́a absorbida por el átomo
y las pérdidas por colisión sean despreciables, el fotoelectrón emergerá con la
energı́a cinética máxima Kmáx = hν − W0, donde W0 es la función trabajo del
metal, que representa la energı́a mı́nima necesaria para que un fotoelectrón llegue
a la superficie del metal y escape de las fuerzas que normalmente lo tenı́an sujeto
a éste. Vemos que la función de trabajo puede determinarse como
W0 = hν − Kmáx. (I.34)
Para la luz de longitud de onda λ = 3500 Å= 3.5 × 10−7 m, la frecuencia es
ν = c/λ = 8.571 × 1014 s−1. De aquı́ resulta para la función de trabajo del
potasio
W0 = 6.626 × 10−34
× 8.571 × 1014
− 1.6 × 1.602 × 10−19
J
= 3.116 × 10−19
J = 1.945 eV. (I.35)
De este resultado sigue que la longitud de onda umbral (o de corte) del potasio
es
λ0 =
hc
W0
= 6.379 × 10−7
m = 637.9 nm = 6379 Å. (I.36)
I.8 Un fotón de 100 MeV choca con un protón en reposo. Calcule la pérdida máxima
de energı́a del fotón.
Cuando se produce efecto Compton, el cambio en la longitud de onda del
fotón dispersado está dado por la ecuación (T1.36),
∆λ = λ − λ0 =
h
m0c
(1 − cos θ) . (I.37)
Dado que para un fotón
λ =
hc
E
, (I.38)
la expresión (I.37) puede ser reescrita en la forma
E0 − E
EE0
=
1
m0c2
(1 − cos θ) . (I.39)
Si definimos la energı́a perdida por el fotón como ∆E = E0 − E, tenemos
∆E =
(1 − cos θ) E2
0
m0c2 + (1 − cos θ) E0
, (I.40)
que es una expresión para la energı́a perdida por el fotón por efecto Compton,
en términos de su energı́a inicial y del ángulo con que es dispersado.
La fórmula anterior permite determinar la pérdida máxima de energı́a del
fotón como función de θ. Para esto basta encontrar los valores de θ para los
cuales
d∆E
dθ
=
E2
0m0c2 sen θ
[m0c2 + (1 − cos θ) E0]2 = 0. (I.41)
Esta expresión se anula en θ = 0 y θ = π. Para θ = 0 se tiene ∆E = 0, con lo
cual es claro que no se trata de un máximo de energı́a perdida. Por otro lado,
8
46. La mecánica cuántica primitiva
es simple mostrar que la segunda derivada de ∆E con respecto a θ evaluada en
θ = π toma un valor negativo, lo que corresponde efectivamente a un máximo de
energı́a perdida. Ası́ pues, la pérdida máxima de energı́a del fotón es
∆Emáx =
2E2
0
m0c2 + 2E0
. (I.42)
Esta expresión se puede escribir en la forma alterna adimensional
∆Emáx
E0
=
1
1 + (m0c2/2E0)
, (I.43)
que muestra que la máxima pérdida de energı́a por parte del fotón ocurre cuando
su energı́a inicial es muy superior a la energı́a asociada a la masa en reposo de la
partı́cula involucrada.
Para un fotón con energı́a inicial E0 = 100 MeV que choca con un protón de
masa en reposo m0 = 1.67×10−27 kg (que corresponde a 938 MeV), (I.42) arroja
el resultado
∆Emáx =
2 × 104
938 + 200
MeV = 17.6 MeV. (I.44)
Si el choque fuera con un electrón libre (cuya masa en reposo es aproximadamente
igual a 0.51 MeV), el fotón podrı́a llegar a perder prácticamente toda su energı́a
(véase el siguiente problema):
∆Emáx '
2 × 104
0.5 + 200
MeV = 99.75 MeV. (I.45)
I.9 Un fotón de 100 MeV choca con un electrón en reposo y es dispersado a 45◦
respecto a la dirección de incidencia. Calcule la energı́a de cada partı́cula después de
la colisión y determine la dirección de salida del electrón.
Dado que se nos pide más información que en el problema anterior, es oportu-
no hacer un desarrollo más detallado del procedimiento para obtener la fórmula
de Compton, partiendo de la condición de que tanto la energı́a total como el
momento lineal se conservan en la colisión.
Antes de que la colisión ocurra, la energı́a del fotón es E0 = 100 MeV, en
tanto que el electrón sólo tiene su energı́a de reposo mec2. Como resultado de
la colisión (mostrada esquemáticamente en la figura I.2), el fotón es dispersado
a 45◦ con respecto a la dirección de incidencia, su energı́a es E1 y su momento
es p1. Por otro lado, el electrón adquiere energı́a cinética K y momento p, y es
dispersado a un ángulo ϕ con respecto a la dirección de incidencia del fotón.
Planteemos la conservación del momento lineal. En la figura I.2 observamos que
a lo largo del eje x se tiene
p0 = p1 cos θ + p cos ϕ, (I.46)
mientras que a lo largo del eje y
0 = p1 sen θ − p sen ϕ. (I.47)
De estas dos expresiones sigue
p2
= p2
0 − 2p0p1 cos θ + p2
1. (I.48)
9
47. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
K, p
E1, p1
p0
Figura I.2 Dispersión Compton de un fotón por un electrón.
Por otro lado, la ley de conservación de la energı́a total conduce a
E0 + mec2
= E1 + K + mec2
, (I.49)
o sea
E0 = E1 + K. (I.50)
Como la masa del fotón es cero, su energı́a y momento están relacionados a través
de la expresión p = E/c, lo que permite escribir E0 = p0c y E1 = p1c, y
K = c (p0 − p1) . (I.51)
Por otra parte, hemos escrito la energı́a total del electrón después de la colisión
como
E = K + mec2
, (I.52)
pero en términos de su momento es
E2
= m2
ec4
+ p2
c2
. (I.53)
De estas dos últimas expresiones tenemos
K2
+ 2mec2
K + m2
ec4
= m2
ec4
+ p2
c2
,
que se reduce a
p2
=
K2
c2
+ 2meK. (I.54)
Insertando este resultado en (I.48) se tiene
K2
c2
+ 2meK = p2
0 − 2p0p1 cos θ + p2
1 (I.55)
y sustituyendo (I.51) en esta última expresión resulta
2mec (p0 − p1) = 2p1p0 (1 − cos θ) . (I.56)
10
48. La mecánica cuántica primitiva
De aquı́ sigue
1
p1
−
1
p0
=
1
mec
(1 − cos θ) , (I.57)
que expresado en términos de la longitud de onda de de Broglie corresponde a la
expresión de Compton:
∆λ = λ1 − λ0 = λc (1 − cos θ) , (I.58)
donde
λc =
h
mec
(I.59)
es la longitud de onda de Compton, cuyo valor para el electrón es
λc = 2.43 × 10−12
m = 0.0243Å. (I.60)
De la ecuación (I.57) obtenemos también
p1 =
1
1
p0
+
1 − cos θ
mec
. (I.61)
Para E0 = 100 MeV= 1.602 × 10−11 J se tiene
p0 = E0/c = 5.344 × 10−20
kg · m · s−1
,
y con los valores me = 9.109 × 10−31kg y θ = 45◦ obtenemos para el momento
lineal del fotón después de la colisión:
p1 = 9.164 × 10−22
kg · m · s−1
,
que corresponde a la energı́a
E1 = cp1 = 2.747 × 10−13
J = 1.715 MeV,
valor que apenas excede el 1 % de E0; en otras palabras, el fotón transfiere más
del 98 % de su energı́a al electrón durante esta colisión.
La energı́a cinética del electrón después de la colisión es la diferencia E0 −E1,
K = 1.575 × 10−11
J = 98.29 MeV;
de (I.54) sigue que el momento correspondiente es
p =
K
c
r
1 +
2mec2
K
=
1.575
3
1 + 1.04 × 10−2
1/2
× 10−19
= 5.28 × 10−20
kg · m · s−1
.
Conocidos p1 y p y utilizando la ley de conservación del momento a lo largo del
eje y, podemos escribir
sen ϕ =
p1
p
sen θ. (I.62)
Por lo tanto, la dirección de salida del electrón está dada por ϕ ' sen θ/100, o
sea aproximadamente 0.70◦.
11
49. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
I.10 Un núcleo de nitrógeno en reposo (M0 ' 14mp) emite un fotón de 6.2 MeV.
Determine la energı́a de retroceso del núcleo.
Antes de la emisión del fotón la energı́a total y el momento total del sistema
están dados por
Ei = M0c2
, pi = 0. (I.63)
Después de la emisión del fotón tendremos los siguientes valores:
Ef = M0
0c2
+ K + hν, pf = pnúcleo +
hν
c
, (I.64)
en donde hν es la energı́a del fotón emitido, K es la energı́a de retroceso del
núcleo y M0
0 es la masa en reposo del núcleo remanente después de la emisión del
fotón. Al escribir la última expresión se tomó en cuenta que los movimientos son
colineales. De la conservación del momento y de la energı́a total sigue
pnúcleo +
hν
c
= 0 (I.65)
y
M0
0c2
+ K + hν = M0c2
. (I.66)
Observando que
M0
0c2
+ K =
q
p2
núcleoc2 + M02
0 c4, (I.67)
podemos escribir
M0
0 =
(hν)2
− K2
2Kc2
, (I.68)
que substituido en la ecuación (I.66) nos permite despejar la energı́a cinética,
para obtener (el signo se determina considerando que para ν = 0, K debe ser
nula)
K = M0c2
− hν −
q
(M0c2 − hν)2
− (hν)2
. (I.69)
En el presente caso M0c2 = 1.313 × 104 MeV hν = 6.2 MeV, por lo
que la energı́a de retroceso del núcleo resulta despreciable y puede considerarse
que el núcleo permanece en reposo prácticamente. En efecto, desarrollando hasta
segundo orden se obtiene:
K '
(hν)2
2M0c2
' 1.464 × 10−3
MeV. (I.70)
Si hν fuese suficientemente mayor, el valor de K podrı́a llegar a ser apreciable.
I.11 Demuestre que según la fı́sica clásica, una carga libre puede dispersar un fotón,
pero no absorberlo.
Inicialmente se tiene una partı́cula libre con masa en reposo m0 y un fotón
con energı́a E0 = hν que se propaga en una dirección fija hacia la partı́cula libre.
Suponiendo que la partı́cula absorbe el fotón, la situación final corresponderı́a a
la partı́cula con energı́a Ef y momento pf ; suponiendo también que la energı́a
total se conservara en tal proceso, deberá cumplirse que
hν + m0c2
= Ef . (I.71)
12
50. La mecánica cuántica primitiva
Como por otro lado
p2
f =
E2
f
c2
− m2
0c2
, (I.72)
eliminando Ef entre ambas expresiones queda
p2
f =
(hν)2
c2
+ 2hνm0. (I.73)
Sin embargo, como antes de la colisión el momento lineal del sistema es pi = hν/c,
es posible reescribir la expresión anterior en la forma
p2
f = p2
i + 2hνm0 p2
i , (I.74)
lo que viola la ley de conservación del momento lineal. Esto significa que el proceso
descrito no se realiza en la naturaleza para ninguna frecuencia ν del fotón. En
otras palabras, mientras que la absorción no puede garantizar la conservación
simultánea del momento y la energı́a, la dispersión sı́ lo hace, pues en este caso
el momento lineal se distribuye entre los dos sistemas finales.
Las consideraciones anteriores no se aplican al caso del efecto fotoeléctrico,
pues los electrones que absorben el fotón no están libres, sino ligados, y el átomo
(o la red cristalina) se queda con la diferencia de momento. Por otro lado, en
el efecto Compton la colisión se da entre un fotón y un electrón en reposo (que
puede tomarse como esencialmente libre), como se supuso en el cálculo anterior;
sin embargo, en este caso el fotón no cede toda su energı́a al electrón, sino sólo
una parte de ella.
I.12 Suponiendo aplicables (en lo concerniente) las leyes clásicas, calcule la potencia
radiada por un electrón que se mueve en una órbita circular de Bohr caracterizada
por el número cuántico n.
En fı́sica clásica, para que el electrón pudiera describir una órbita circular serı́a
necesario que una fuente externa compensara continuamente la energı́a perdida
por radiación. Esto es debido a que en la teorı́a electromagnética las cargas
aceleradas radian energı́a en forma de ondas electromagnéticas; especı́ficamente,
en el lı́mite no relativista la potencia radiada por una carga eléctrica sujeta a la
aceleración a está dada por la fórmula de Larmor7
P =
2
3
e2a2
4πε0c3
. (I.75)
Olvidémonos por un momento de la estabilidad de las órbitas de Bohr y
calculemos con métodos clásicos la potencia radiada por un electrón que se
mueve en una órbita circular de Bohr caracterizada por el número cuántico n.
Consideremos un átomo constituido por un núcleo de carga Ze y masa M y un
solo electrón de carga −e y masa m. Como la masa del electrón es muy pequeña
en comparación con la del núcleo, consideramos a este último como fijo en el
espacio. Las órbitas estables de la teorı́a de Bohr pueden determinarse igualando
la fuerza inercial centrı́fuga y la atracción coulombiana ejercida sobre el electrón
por el núcleo:
1
4πε0
Ze2
r2
=
mv2
r
. (I.76)
7
Jackson (1975), p. 659.
13
51. Problemas y ejercicios de mecánica cuántica
Para una órbita circular, el momento angular del electrón es
L = mvr (I.77)
y aplicando el segundo postulado de Bohr (o la regla de Wilson-Sommerfeld a
Jθ = L) se obtiene
mvr = n~, (I.78)
con lo que la velocidad orbital resulta
v =
n~
mr
. (I.79)
Sustituyendo en (I.76) y despejando el radio de la órbita, queda
rn =
4πε0~2
mZe2
n2
, n = 1, 2, 3, . . . (I.80)
Vemos que la condición de cuantización del momento angular restringe las órbitas
circulares posibles a aquellas cuyos radios satisfacen la ecuación (I.80). Usando
(I.78), la velocidad del electrón resulta
vn =
1
4πε0
Ze2
n~
, (I.81)
mientras que la aceleración, a = v2/r, viene dada por
an =
1
(4πε0)3
mZ3e6
n4~4
. (I.82)
Sustituyendo esta expresión en la fórmula de Larmor (I.75), se obtiene finalmente:
P =
2
3
1
(4πε0)7
Z6e14m2
c3~8n8
. (I.83)
Por ejemplo, para un electrón en la primera órbita permitida de un átomo de
hidrógeno (Z = 1, n = 1) se obtiene
P = 2.9 × 1010
eV/s = 2.9 × 104
MeV/s.
Esta tasa de pérdida de energı́a es muy alta (como referencia, recuérdese que la
masa del electrón en reposo equivale a poco más de 0.5 MeV). Peor aún, se trata
tan sólo de la tasa inicial, pues debido a la radiación el radio de la órbita irı́a
decreciendo, con lo cual aumentarı́a el valor de P y el electrón perderı́a energı́a
cada vez más rápidamente, cayendo en espiral hacia el núcleo. Concluimos que si
no se impusiera el postulado de estabilidad de Bohr, que establece que un electrón
en una órbita permitida no radı́a, un átomo de hidrógeno tomarı́a sólo alrededor
de 10−10 segundos en colapsarse, lo cual obviamente no sucede.
I.13 Estudie las órbitas elı́pticas en el modelo de Bohr.
El hamiltoniano de un átomo hidrogenoide con Z protones en su núcleo es, en
coordenadas esféricas (véase sección 1.7 del texto o Goldstein (1980); ponemos
κ = 1/4πε0),
H = E =
p2
r
2m
+
p2
φ
2mr2
− κ
Ze2
0
r
, (I.84)
14