Radiación térmica y el postulado de Planck

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1 Contenido Radiación térmica y el postulado de Planck Introducción 19 Radiación térmica 19 Teoría clásica de la cavidad radiante 24 Teoría de Planck de 1a cavidad radiante 31 Aplicación de la ley de Planck de la radiación en termometría El postulado de Planck y sus implicaciones 39 Breve historia del quantum Fotones-Propiedadescorpusculares de la radiación Introducción 47 El efecto fotoeléctrico 47 Teoría cuántica de Einstein del efecto fotoeléctrico 50 El efecto Compton 55 Naturaleza dual de la radiación electromagnética 61 Fotones y emisión de rayos X 62 Producción y aniquilación de pares 65 Secciones transversales para absorción y dispersión de fotones Postulado de de Broglie. Propiedades ondulatorias de las partículas Ondas de materia 81 Dualidad onda-partícula 88 El principio de incertidumbre 91 Propiedades de las ondas de materia 95 Algunas consecuencias del principio de incertidumbre Filosofía de la teoría cuántica

2 8 CONTENIDO 4 Modelo atómico de Bohr Modelo de Thomson Modelo de Rutherford Estabilidad del átomo nuclear 4.4 atómicos Postulados de Bohr Modelo de Bohr Corrección por masa nuclear finita 4.8 Estados de energía atómica Interpretación de las reglas de cuantización 4-10 Modelo de Sommerfeld El principio de correspondencia Una crítica a la teoría cuántica antigua Teoria de Schrodinger de la mecánica cuántica Introducción 159 Argumentos de plausibilidad que conducen a la ecuación de Schrodinger 162 Interpretación de Born de las funciones de onda 169 Valores de expectación 176 La ecuación de Schrodinger independiente del tiempo 187 Propiedades requeridas para las eigenfunciones 1,92 Cuantización de la energía en la teoría de Schrodinger Resumen Soluciones a las ecuaciones de Schrodinger independientes del tiempo Introducción El potencial cero Potencial escalón (energía menor que la altura del escalón) 6-4 Potencial escalón (energía mayor que la altura del escalón) 6-5 La barrera de potencial Ejemplos de penetración de barrera por partículas 6-7 Potencial de pozo cuadrado Potencial de pozo cuadrado infinito 6-9 Potencial de oscilador armónico simple 6-10 Resumen Átomos con un electrón Introducción 279 Desarrollo de la ecuación de Schrodinger 280

3 CONTENIDO Separación de la ecuación independiente del tiempo Solución de las ecuaciones 284 Eigenvalores, números cuánticos y degeneración Eigenfunciones 289 Densidades de probabilidad Impulso angular orbital Ecuaciones de eigenvalores Momentos magnéticos dipolares, spin y razones de transición Introducción 317 Momentos magnéticos dipolares orbitales 317 Experimento de Stern-Gerlach y spín del electrón 322 Interacción spín-órbita 328 Momento angular total 331 Energía de in ter acción spín-órbita y niveles de energía del hidrógeno 335 Razones de transición y reglas de selección 340 Comparación ;ntre las teorías cuánticas antigua y moderna Átomos multielectrónicos-estados base y excitaciones de rayos X Introducción Partículas idénticas El principio de exclusión El átomo de helio y las fuerzas de intercambio 9-5 Teoría de Hartree Resultados de la teoría de Hartree Estados base de átomos multielectrónicos y la tabla periódica de líneas de rayos X Átomos multielectrónicos-excitaciones ópticas Introducción 407 Atomos alcalinos 408 Atomos con varios electrones ópticamente activos Acoplamiento LS 416 Niveles de energía del átomo de carbono 422 El efecto Zeeman 425 Resumen

4 10 CONTENIDO 11 Estadística cuántica Introducción 439 Indistinguibilidad y estadística cuántica 440 Funciones de distribución cuánticas 444 Comparación de las. funciones de distribución 447 Calor específico de un sólido critalino 452 La distribución de Boltzmann como una aproximación a las distribuciones cuánticas 456 Ellaser 457 Gas de fotones 463 Gas de fonones 464 Condensación de Bose y Helio líquido 465 El gas de electrones libres 471 Potencial de contacto y emisión termiónica 474 Descripciones clásica y cuántica del estado de un sistema Moléculas Introducción Enlaces iónicos Enlaces covalentes IIJoleculares' rotacionales vibro-rotacionales electrónicos El efecto Raman Determinación del spin nuclear y características de simetría Sólidos-Conductores y semiconductores Introducción 515 Tipos de sólidos 515 Teoría de bandas de los sólidos 517 Conducción eléctrica en metales 522 Modelo cuántico del electrón libre 524 Movimiento de electrones en una red periódica Masa efectiva 534 Semi conductores 538 Dispositivos semiconductore's

5 Sólidos - Su perconductores y propiedades magnéticas CONTENIDO Superconductividad 557 Propiedades magnéticas de sólidos Paramagnetismo 567 Ferromagnetismo 571 Antiferromagnetismo y ferrimagnetismo Modelos nucleares Introducción 585 Generalidades nucleares sobre algunas propiedades 587 Dimensiones y densidades nucleares Masas nucleares y sus abundancias Modelo de gota 604 Números mágicos 607 Modelo del gas de Fermi 609 Modelo de capas 612 Predicciones del modelo de capas 618 Modelo colectivo 622 Resumen Decaimiento nuclear y reacciones nucleares Introducción Decaimiento Alfa Decaimiento Beta Interacción por decaimiento Beta 16-5 Decaimiento Gamma El efecto Mo.ssbauer Reacciones nucleares Estados excitados de los núcleos 16-9 Fisión y reactores Fusión y origen de los elementos Partículas elementales Introducción Fuerzas nucleónicas Isospín Piones Muones Extrañeza 727

6 CONTENIDO Interacciones fundamentales\ y leyes de conservación 732 Familias de partículas elementales Hipercarga y Cuarks Apéndice A Teoría especial de la relatividad Apéndice B Radiación de una carga acelerada Distribución Apéndice C de Boltzmami 173 Apéndice D Trayectorias en la dispersión de Rutherford 781 Cantidades Apéndice E complejas 785 Apéndice F Solución numérica de la ecuación de Schrodinger independiente del tiempo para un potencial de pozo cuadrado Apéndice G Solución analítica de la ecuación de Schrodinger independiente el tiempo para un potencial de pozo cuadrado Apéndice H Solución en serie de la ecuación de Schrodinger independiente del tiempo para un potencial de oscilador armónico simple Apéndice 1 El laplaciano y los operadores de impulso angular en coordenadas polares esféricas La precesión Apéndice J de Thomas 811

7 CONTENIDO 13 Apéndice K El principio de exclusión en el acoplamiento L5 Apéndice L Referencias Apéndice M Respuestas a problemas seleccionados Apéndice N Constantes usuales y factores de conversión Indice

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