Teoría Atómica y Molecular

Transcripción

1 Luz visible Nombre de la onda ondas de radio micro-ondas infrarojo ultravioleta Rayos X Rayos, metros Largo de la onda Parque de football humano abeja alfiler célula bacteria virus átomo Teoría Atómica y Molecular Mecánica Cuántica núcleo Ileana Nieves Martínez Física Clásica Bien establecida a finales de siglo XIX Mecánica Newtoniana Ecuaciones de Lagrange y Hamilton Termodinámica y Termodinámica Estadística Teoría Cinético Molecular Leyes de Electromagnetismo Diferenciales de Maxwell. 1

2 Fallas de Física Clásica Datos que no se pueden explicar por clásica Interacción de radiación con la materia no sigue las leyes de Maxwell Estructura atómica no sigue las leyes de Newton. Teoría ondulatoria: 2

3 Trayectoria de una Onda. 0 cos 2 axt a x t Onda electromagnética Campo magnético Campo eléctrico (1) Frecuencia, ( Periodo, ( (1) Número de máx. sucesivos/tiempo = (2) Tiempo que toma el paso de dos crestas = τ. 3

4 Resumen de Teoría ondulatoria: Trayectoria de una onda:. 0 cos 2 axt a x t Frecuencia = núm. de máx. sucesivos/tiempo, Periodo = tiempo que toma el paso de dos crestas, τ. Velocidad de propagación: v distancia tiempo t Teoría Electromagnética de Maxwell õ (x,t) = õ y E cos {2π (x/λ - νt)} Componente eléctrico B (x,t) = B z E cos {2π (x/λ - νt)} Componente magnético õzb Densidad de energía: U(x.t) = (1/4π) {õ (x,t)} 2 4

5 Dualidad onda-partícula Cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones o perpectivas diferentes? Experimentos de Interferencia (Reflección y Refracción)Young y Fresnel Huyges: ondulatoria Newton: corpuscular 5

6 Experimentos de Interferencia (doble rejilla) (Reflección y Refracción)Young y Fresnel Radiación de cuerpos negros Infrared.jpg/284px-Human-Infrared.jpg 6

7 Experimento Horno Paredes consisten de sólido absorbedor = osciladores Osciladores en equilibrio con la radiación. E irradiada = E absorbida Ejemplos y resultados Estufas Eléctricas Temografías Resultados du d ultravioleta Distribución continua de Largos de onda que salen del horno infrarojo Largo de onda, m 7

8 Observaciones T bajas no hay emisión. No exhibe color. Tendencia a medida que T aumenta: IR Rojo Azul T 1 max max Radiación de cuerpos negros (continuación) Resultados y ecuaciones matemáticas Wein (empírico). max T 4 Ley de Stefan-Boltzman U U d T E Wein: Area bajo la curva du a b e T 5 d 3 T T, e Rayleigh y Jeans (1900) du kt dn 8kT 4 d R kt c

9 Catástrofe ultravioleta cálido Teoría clásica Intensidad (arb.) templado frío Largo de onda (nm) b/a/a2/wiens_law.svg/300px-wiens_law.svg.png mb/a/a1/blackbody-lg.png/303px-blackbody-lg.png Cuantización de la energía de los osciladores: Max Plank dn = Nε e -ε/kt dε = # de osciladores con ε entre ε y ε + dε Energía: h vib estadística h e kt 1 Principio de Equipartición: num. de modos de vib. du volumen Distribución: hc kt 8 hc e du 5 hc d 1 e kt 3 3 c1 2h 1 R c 1 2 h T e 1 c e kt 1 9

10 Cuantización de la energía: Max Plank Caracterísiticas de la Distribución: hc 3 3 8hc e kt c1 2h 1 5 hc c 2 h kt T c kt 1 du d R 1e e 1 e 1 Describe la curva experimental. Si se integra se aproxima a Stefan Boltzman. 4 U Ud T E En se aproxima a la ecuación de Rayleigh y Jeans. 2 8 kt 4 2 kt 2 du kt dn d R En 0 se aproxima a la ecuación de Wein. b 3 a du T 5 e d, T e T c Efecto fotoeléctrico (Hertz 1882) Experimento

11 Efecto fotoeléctrico Intensidad, I, I # e emitidos/volumen ½ mv 2 I EC electrón EC = energía cinética e - EC electrón metal o Einstein - (Cuatización de la Energía de la radiación! Etot haz Efoton h E. C. E0 Resumen y conclusiones: Efecto fotoeléctrico Radiación exhibe difracción e interferencia (onda) El efecto fotoeléctrico se explica solo si la radiación consiste de cuantos ó fotones. Naturaleza dual de la radiación. Modelos son mutuamente exclusivos. partícula se localiza en espacio y la onda no. fotón cuantización de energía y la onda no. Se interpreta E fotón en términos de frecuencia, solo tiene sentido para ondas. 11

12 Efecto Compton: Experimento: metal 2 p 2m Fotón = partícula con energía E, momentum, p y masa = 0 cuando está en reposo. Teoría de la relatividad: h i m e v E = mc 2 = hc/λ De Broglie: mc = h/λ - propiedad ondulatoria a fenómeno corpusculares. Difracción del haz de electrones: microscopio electrónico. h f 12