Ondas Electromagnéticas y Mecánicas: Propiedades, Espectros Atómicos y Modelo de Bohr

Las ondas electromagnéticas son transversales, se propagan en el vacío y en medios materiales, y su velocidad de propagación es constante en cada medio. Se caracterizan por la variación regular de dos magnitudes: los campos eléctrico y magnético, perpendiculares entre sí. Por otro lado, las ondas mecánicas pueden ser transversales o longitudinales, necesitan de un medio material para propagarse, y su velocidad depende del tipo de onda y del medio de propagación. Se caracterizan por la variación de una única magnitud; por ejemplo, la amplitud de las ondas en una cuerda.

Naturaleza Corpuscular de la Luz y el Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por superficies metálicas al ser iluminadas con radiación de frecuencia superior a una denominada frecuencia umbral, que es propia de cada metal. La existencia de ese valor umbral no podía ser explicada mediante la teoría electromagnética clásica. En 1900, el físico Max Planck propuso que la energía radiante está cuantizada, lo que significa que no puede existir cualquier valor de la misma. Así, la energía se intercambia en forma de cuantos o unidades discontinuas cuyo valor viene dado por:

• E = hν
• ν = c / λ
• E_incidente = E₀ + E_c
• E_c = 1/2 * m * v²
• c = ν * λ

Donde:

• E: Energía del fotón
• h: Constante de Planck
• ν: Frecuencia de la radiación
• c: Velocidad de la luz
• λ: Longitud de onda
• E_incidente: Energía del fotón incidente
• E₀: Función de trabajo (energía mínima para extraer un electrón)
• E_c: Energía cinética del electrón emitido
• m: Masa del electrón
• v: Velocidad del electrón

Espectros Atómicos

Al excitar los átomos de un elemento en estado gaseoso por calentamiento o descarga, este emite luz. Si la luz emitida atraviesa un prisma, se descompone en una serie de líneas luminosas que constituyen el espectro atómico de emisión del elemento. Los grupos de líneas se denominan series espectrales. El espectro atómico de absorción se obtiene al hacer incidir luz blanca sobre un elemento en estado gaseoso y, a continuación, hacer que atraviese un prisma. Se obtiene el correspondiente espectro atómico de absorción.

Modelo Atómico de Bohr

El modelo atómico de Bohr es un modelo nuclear que describe a los electrones girando en diferentes distancias del núcleo.

1. Los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo. En ellas, los electrones poseen una determinada energía.
2. Solo son estables las órbitas en las que el momento angular del electrón es un múltiplo de la constante de Planck dividida por 2π:
   • r = h / (2π * m * v) * n
3. La emisión o absorción de energía de un átomo corresponde con el tránsito electrónico entre diferentes órbitas. Si un electrón absorbe fotones de energía, pasa de una órbita más interna a otra más externa. Si un electrón pasa de una órbita más externa a otra más interna, emite fotones de energía. La energía intercambiada es:

• ΔE = E_ni - E_nf

Interpretación del Espectro del Átomo de Hidrógeno

El principio de conservación de la energía exige que la energía del fotón intercambiado sea exactamente igual a la diferencia de energía de las órbitas entre las que se produce el salto del electrón:

• E_n = - R_H / n²
• ν = (R_H / h) * (1 / n_f² - 1 / n_i²)

Donde:

• R_H: Constante de Rydberg
• n_i: Nivel de energía inicial
• n_f: Nivel de energía final

Series Espectrales

• Serie de Lyman: Transiciones cuyo nivel energético final es n_f = 1. Zona ultravioleta.
• Serie de Balmer: Transiciones cuyo nivel energético final es n_f = 2. Zona visible.
• Series de Paschen, Brackett y Pfund: Transiciones cuyo nivel energético final es n_f = 3, 4 y 5, respectivamente. Radiación infrarroja.