Fundamentos de Física Atómica y Radiación: Conceptos Clave

Conceptos Fundamentales del Átomo

Número Atómico y Número Másico

El número atómico (Z) representa el total de protones presentes en el núcleo de un átomo. Este valor es crucial, ya que define la identidad química del elemento y sus propiedades. Por otro lado, el número másico (A) es la suma total de protones y neutrones que se encuentran en el núcleo del átomo.

Teoría de Planck y el Modelo Atómico de Bohr

La Teoría de Planck, fundamental para la mecánica cuántica, se basa en dos principios esenciales:

• Los átomos que emiten radiación se comportan como osciladores armónicos.
• Cada oscilador armónico emite energía en cantidades discretas, proporcionales a su frecuencia de oscilación, según la fórmula E = h·f (donde 'h' es la constante de Planck y 'f' es la frecuencia).

El Modelo de Bohr, por su parte, postula que los electrones no pueden ocupar cualquier órbita alrededor del núcleo, sino solo órbitas específicas y cuantificadas. En estas órbitas permitidas, el electrón se mueve en trayectorias circulares, y su momento angular es un múltiplo entero de h/(2π).

Cambio de Órbita de los Electrones en el Modelo de Bohr

Los electrones pueden cambiar de órbita al ganar o perder energía. La energía involucrada en esta transición es exactamente igual a la diferencia de energía entre las órbitas inicial y final (ΔE = Ef - Ei = h·f). Es importante destacar que, cuando un electrón salta de una órbita a otra, lo hace de manera instantánea, sin pasar por estados o órbitas intermedias.

Radiación: Tipos y Propiedades

Diferencia entre Radiación Electromagnética y Corpuscular

La radiación electromagnética es un tipo de campo electromagnético variable, compuesto por la combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan por el espacio. En contraste, la radiación corpuscular se refiere a todo tipo de radiación emitida por partículas subatómicas, como electrones, protones o neutrones.

Clasificación de la Radiación

La radiación es la transmisión de energía en forma de ondas o partículas a través del espacio o de un medio. Se clasifica según diversos criterios:

• Según su constitución: Radiación electromagnética y radiación corpuscular.
• Según su naturaleza: Radiación natural y radiación de origen artificial.
• Según los efectos que puede ocasionar: Radiación ionizante y radiación no ionizante.

Parámetros de una Onda Electromagnética y su Relación

Los principales parámetros que describen una onda electromagnética son:

• Longitud de onda (λ): Es la distancia entre dos puntos idénticos y adyacentes en la onda.
• Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones o ciclos completos que ocurren por unidad de tiempo (generalmente en Hertz, es decir, ciclos por segundo).

Estos dos parámetros están inversamente relacionados. A mayor frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa. Su relación se expresa mediante la fórmula c = λ·f, donde 'c' es la velocidad de la luz en el vacío.

Espectro Electromagnético y su Ordenación

El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas conocidas, ordenadas de forma continua según su longitud de onda o su frecuencia. Esta ordenación revela una relación directa con la energía de la radiación:

• A mayor frecuencia de la radiación, mayor será su energía.
• A menor longitud de onda, mayor será la energía de la onda.
• A mayor longitud de onda, menor será la frecuencia de la radiación.

Naturaleza de la Luz y Dualidad

Dualidad Onda-Partícula y Naturaleza de la Luz

La dualidad onda-partícula es un concepto fundamental en la física cuántica que establece que un mismo fenómeno físico puede manifestarse con propiedades tanto de onda como de partícula. Este principio se aplica tanto a la materia como a la radiación:

• Toda materia tiene asociada una onda (conocida como onda de De Broglie).
• Análogamente, la radiación, como la luz, tiene asociada una partícula (el fotón).

Así, podemos afirmar que la luz posee una naturaleza dual, exhibiendo propiedades ondulatorias (como difracción e interferencia) y, al mismo tiempo, propiedades corpusculares (como el efecto fotoeléctrico), propias de los cuerpos materiales.