1. ¿Cuáles son los postulados de la Física Clásica?

Las partículas son entes físicos que poseen masa definida y pueden poseer también carga eléctrica. Su comportamiento está bien descrito por las leyes de la mecánica clásica enunciadas por Newton en el siglo XVIII.

Las ondas son entes físicos que, al propagarse, transportan energía y cantidad de movimiento. Además, experimentan fenómenos como la reflexión, la refracción, la difracción y la polarización, que no recuerdan el comportamiento de las partículas y que quedan explicados mediante la teoría ondulatoria propuesta por C. Huygens en el siglo XVII y mediante la teoría electromagnética propuesta por Maxwell en el siglo XIX.

2. ¿Qué hechos no pudieron explicarse mediante la Física Clásica?

  • Los fenómenos de relación entre la materia y la radiación, como en la formación de los espectros atómicos discontinuos.
  • El comportamiento de la radiación electromagnética en el efecto fotoeléctrico.
  • La forma de emitir radiación electromagnética en función de la temperatura que tienen los cuerpos.
  • La necesidad de considerar un medio, el éter, que ocupaba todo el espacio y permitía la propagación de la radiación.

Entre 1925 y 1927, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Born y otros, desarrollaron y formalizaron una nueva teoría, denominada mecánica cuántica, que permitió dar solución a muchos problemas de la física.

3. ¿Cómo se forman los espectros discontinuos?

Un átomo de cualquier elemento químico es capaz de absorber radiación así como de emitirla. Pero cada elemento en particular sólo puede absorber/emitir radiación de unas frecuencias determinadas. Esto da lugar a los espectros discontinuos, que pueden ser de absorción y de emisión y que son característicos de cada elemento.

4. ¿En qué consiste la hipótesis de Planck?

  • Los átomos que emiten la radiación se comportan como osciladores armónicos.
  • Cada oscilador absorbe o emite energía de la radiación en una cantidad proporcional a su frecuencia de oscilación.

5. ¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico?

Consiste en la emisión de electrones por la superficie de un metal cuando sobre él incide luz de frecuencia suficientemente elevada. La luz es absorbida por el metal y los electrones son arrancados de él con una velocidad (o energía cinética) determinada.

6. ¿Cuáles son los resultados del experimento del efecto fotoeléctrico?

  • La emisión de electrones tiene lugar sólo si la frecuencia de la radiación supera una frecuencia mínima, propia de cada metal, llamada frecuencia umbral.
  • El número de electrones arrancados es proporcional a la intensidad de la radiación. Sin embargo, la energía cinética de éstos es independiente de la intensidad de la radiación.
  • La emisión de los electrones ocurre de forma simultánea a la incidencia de la radiación.

7. ¿Qué contradicciones había con la Física Clásica?

  • El efecto fotoeléctrico debería ocurrir para cualquier frecuencia de la luz siempre que ésta fuera suficientemente intensa.
  • La energía cinética de los electrones arrancados debería estar relacionada con la intensidad de la radiación.
  • Si la intensidad de la radiación no es muy fuerte debería pasar un tiempo entre la incidencia de la luz y el arranque de los electrones.

8. ¿Cómo explica la teoría cuántica de Einstein el efecto fotoeléctrico?

La energía mínima necesaria para arrancar un electrón es W0. Si la frecuencia del fotón, y por lo tanto su energía, no están por encima de ese valor no se producirá efecto fotoeléctrico.

La energía cinética de los electrones arrancados sólo depende del exceso de energía que lleven los fotones y no del número de ellos. Por eso la intensidad de la radiación no afecta a la energía cinética de los electrones arrancados.

La energía necesaria para extraer un electrón se suministra en paquetes concentrados (fotones) con lo que no tiene sentido la existencia de un tiempo de retraso.

9. ¿Qué dice la teoría cuántica de Einstein?

  • La luz puede ser considerada como un conjunto de partículas denominadas fotones que no tienen masa ni carga.
  • En el efecto fotoeléctrico, una parte de la energía del fotón (EF) incidente se emplea en arrancar al electrón de la superficie (W0, trabajo de extracción), y el resto, en comunicar energía cinética (ECmax) al electrón emitido.

La frecuencia umbral es la frecuencia mínima que debe tener la radiación para que se produzca el efecto fotoeléctrico.

10. ¿Qué se entiende por longitud de onda asociada o de De Broglie?

Cualquier partícula tiene una onda asociada cuya longitud de onda se llama longitud de onda de De Broglie y depende de su masa y su velocidad.

11. ¿Qué se denomina dualidad onda-corpúsculo?

Al comportamiento como onda y partícula que presentan tanto la luz como las partículas materiales.

12. ¿Qué dice el principio de incertidumbre de Heisenberg?

Desde el punto de vista cuántico no es posible determinar simultáneamente la posición y momento lineal de un objeto cuántico. El principio de incertidumbre se aplica a cualquier pareja de variables cuyo producto tenga las dimensiones de la magnitud denominada acción (L2MT-1). También la energía y el tiempo lo cumplen.

13. ¿Qué quiere decir que la teoría cuántica es probabilística?

La mecánica cuántica es una teoría probabilística, no determinista. Por ejemplo, una partícula tiene infinitas trayectorias posibles, más o menos probables, siendo la trayectoria descrita por la física clásica, la trayectoria de mayor probabilidad.

14. ¿Qué se entiende por función de onda? ¿Qué indica el cuadrado de esta magnitud?

La magnitud variable que caracteriza las ondas. Indica la probabilidad de encontrar el cuerpo descrito por una función de onda en un punto del espacio y en un instante (interpretación de Copenhague).

15. ¿Qué es un microscopio de efecto túnel?

Están basados en este efecto, genuinamente cuántico, y consiguen ampliaciones de hasta dos millones de veces, permitiendo la observación individualizada de átomos y moléculas. Este tipo de dispositivos permite también la manipulación individualizada de átomos y moléculas, posibilidad que abre las puertas a una disciplina denominada nanotecnología.

16. ¿Qué es un láser?

Se basan en la existencia de niveles energéticos cuantizados en la corteza de los átomos. Los láseres emiten luz amplificada y monocromática, y poseen múltiples aplicaciones en la investigación, la industria y la medicina. Por ejemplo, actualmente se realizan diversos tipos de operaciones utilizando el láser, como en el caso de las lesiones en los ojos.