Física Cuántica: Efecto Fotoeléctrico, Modelo de Bohr y Principios Fundamentales

Efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno mediante el cual la luz, al incidir sobre un metal, le arranca electrones.

La luz está formada por fotones, cuya energía coincide con la energía de la radiación. Cada fotón interacciona con un electrón. Si el fotón no tiene energía suficiente, aunque lleguen muchos fotones (mayor intensidad), no se arrancan electrones.

Si la energía del fotón supera el trabajo de extracción, la intensidad de la corriente producida depende de la intensidad de la radiación luminosa, ya que el exceso de energía se transforma en energía cinética del electrón.

Modelo atómico de Bohr

1. Los átomos son estructuras formadas por un pequeño núcleo, donde se encuentran las partículas positivas (protones) y la mayor parte de la masa del átomo, y una corteza, en la que se encuentran los electrones girando en determinadas órbitas circulares estacionarias.
2. Para un electrón solo están permitidas las órbitas que cumplen la condición de que su momento angular:

   |L| = |r × p| = mvr

   sea un número entero de veces la cantidad h/2π, según:

   mvr = n · h/2π

   donde h es la constante de Planck y n es un número entero (número cuántico).

3. Los electrones pueden absorber o emitir energía en forma de radiación electromagnética (fotones), que les lleva de una órbita a otra. La energía de los fotones absorbidos o emitidos es igual a la diferencia de energía entre dichas órbitas:

   ΔE = hf

Principio de De Broglie

Propuso en 1926 la doble naturaleza corpuscular y ondulatoria para todas las partículas. Esto implica que la luz es una onda que se manifiesta en ocasiones como partículas (fotones), y que los electrones son partículas que pueden tener, a veces, comportamiento ondulatorio.

Este principio supone la generalización de la expresión:

λ = h/p

Para cualquier partícula: toda partícula que se mueva lleva asociada una onda cuya longitud de onda viene dada por la expresión anterior.

Principio de indeterminación de Heisenberg

No es posible determinar a la vez el valor exacto de la posición y del momento lineal de un objeto cuántico. Ambas indeterminaciones guardan la siguiente relación:

Δx · Δp ≥ h/4π

(Δx: indeterminación en la posición; Δp: indeterminación en el momento lineal)

Tampoco es posible determinar a la vez el valor exacto de la energía de un objeto cuántico y el tiempo que se requiere para medirla. Ambas indeterminaciones guardan la siguiente relación:

ΔE · Δt ≥ h/4π

(ΔE: indeterminación en la energía; Δt: indeterminación en el tiempo)

Principio de complementariedad de Bohr

Un objeto cuántico actúa como onda o como partícula, pero nunca exhibirá los dos aspectos de forma simultánea.