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CONTENIDOS BSICOS
1. La Fsica a finales del siglo
XIX
2. Radiacin del cuerpo negro
3. Cuantizacin de la energa.
Teora cuntica de Planck
4. Efecto fotoelctrico
5. Espectros atmicos discontinuos
6. Principio de incertidumbre de
Heisemberg
7. Dualidad onda corpsculo
EL NACIMIENTO DE LA
MECNICA CUNTICA
Max Planck (1858 1947) siendo profesor de la Universidad de Berln
propuso en 1900 una idea con relacin a la energa, que sera el punto
de partida de la Mecnica Cuntica. Consider que la energa no se
emite de forma continua, sino por el contrario es radiada de modo
discontinuo. Esta idea revolucionaria en su poca, consider que la
energa se emita en cantidades discretas, y a cada una de estas
unidades de energa le llamaron cuanto.
1. La Fsica a finales del siglo XIX
A grandes rasgos, durante el siglo XIX se verific que las distintas
formas de la energa (cintica, potencial, trmica, etc.) podran
transformarse unas en otras, pero la cantidad total se conservaba.
Adems, se empez a indagar sobre la naturaleza de la materia:
slida, lquida o gaseosa, considerndola compuesta de molculas,
cada una de las cuales posea sus tomos particulares. Las
propiedades qumicas de los elementos se encontraban recopiladas en
la tabla peridica de Mendeleiev, que los ordenaba en orden
creciente de sus masas atmicas.

El movimiento de las partculas estaba descrito por las tres leyes de
Newton que junto con la ley de Gravitacin Universal, explicaba el
movimiento de los cuerpos celestes. La luz, haba quedado
incorporada dentro de los fenmenos electromagnticos que eran
explicados con la teora de Maxwell. En su conjunto, el mundo
material se consideraba como un lugar muy lgico y comprensible, del
que se crean conocidas sus leyes bsicas.
Sin embargo, estas convicciones tuvieron que ser superadas en pocos
aos para explicar los nuevos fenmenos fsicos observados al final
del XIX, cuando los fsicos ya haban descubierto un conjunto de
ellos para los que no tenan explicaciones tericas satisfactorias con
los conocimientos de la Fsica Clsica. La comprensin de estos
sucesos oblig a romper los moldes de la Fsica, para abrir el camino
a la llamada Fsica Moderna.
Los fenmenos ms significativos fueron: La radiacin del cuerpo
negro, la interpretacin de los espectros, el efecto fotoelctrico,
los rayos X, la radiactividad y el fracaso del experimento de
Michelson-Morley, cuya explicacin consistente necesit de la Teora
de la Relatividad expuesta por Einstein en 1905.
La radiacin del cuerpo negro. Un cuerpo que se encuentra a una
cierta temperatura distinta de la del cero absoluto, es un emisor de
ondas electromagnticas de distintas longitudes de onda. Cuando
esta temperatura es de unos miles de grados kelvin emite radiaciones
en el infrarrojo, en el visible y en el ultravioleta. Los cientficos,
mediante la medida de la energa radiada a cada longitud de onda,
establecieron unas curvas para la radiacin como la de la fig.1 Todos
los intentos de describir la emisin de radiacin y la determinacin
de una ecuacin para la citada curva, fueron fallidos hasta 1900 en
que Planck propuso una explicacin revolucionaria para su tiempo, la
teora de los cuantos. Recibi el Premio Nobel de Fsica en 1918.
El efecto fotoelctrico. Fue descubierto por Hertz en 1887 al
observar que una chispa elctrica saltaba ms fcilmente entre dos
esferas cargadas con una alta diferencia de potencial, si estaban
iluminadas con luz ultravioleta que cuando el experimento se hacia en
la obscuridad, fig.2. La explicacin del efecto fotoelctrico la
efectu A. Einstein en 1905, lo que le vali el Premio Nobel de Fsica
en 1921.
Fig. 2
Hertz observ que cuando dos
esferas metlicas se encuentran a
una diferencia de potencial muy
elevada, son iluminadas con luz
ultravioleta, la descarga elctrica
o chispa, se produca entre ellas,
con ms facilidad. Esta es la
primera observacin del efecto
fotoelctrico.

La interpretacin de los espectros. Desde mediados del siglo XVIII
se conocan los espectros luminosos emitidos por las sustancias,
cuando eran excitadas previamente por una llama, o mediante
descargas elctricas. Al analizar la luz de los gases, se encontraron
unas cuantas rayas espectrales caractersticas de cada gas, pero a
qu se deban?. Su explicacin conducira al establecimiento de los
modelos atmicos, inicindose el primer intento con el hidrgeno por
ser el tomo ms sencillo. Lo propuso acertadamente Niels Bohr en
1913 empleando la teora cuntica. Le vali el Premio Nobel de Fsica
en 1922.
La radiactividad. A principios de 1896 el fsico francs Henri
Becquerel la descubri investigando sobre la fluorescencia de una sal
de uranio. El fenmeno atrajo poca atencin por la enorme
popularidad de los rayos X y hubo que esperar a los trabajos de los
esposos Curie para que recibiese la consideracin merecida, siendo
bautizado en 1898 como radiactividad. En 1903 Becquerel y los
esposos Curie, recibieron el Premio Nobel de Fsica.
Los rayos X. Fueron descubiertos accidentalmente por Wilhelm
Roentgen en Wrzburg en Baviera, en 1895, lo que le vali recibir el
Primer Premio Nobel de Fsica en 1901. Los rayos X tenan la
propiedad de atravesar varias capas de cartn, lminas de metal y
producir fluorescencia en pantallas de cristal, adems de atravesar
los tejidos humanos. Tan grande fue la importancia de su hallazgo que
a las pocas semanas de su descubrimiento se utilizaban como
auxiliares de las operaciones quirrgicas en Viena. El modo de
producirlos as como su Naturaleza se desconoca en su tiempo pues
se dudaba entre si eran partculas u ondas y por este motivo se les
llam rayos X (de incgnita). Fue en 1912 cuando Von Laue
investigador en Munich, los difract con un cristal de sulfuro de cinc
probando que eran ondas electromagnticas. Laue fue galardonado
con el Premio Nobel de Fsica en 1914 por estos trabajos.
Un resultado trascendental para las ciencias fsico-qumicas: El
descubrimiento del electrn en 1896. Las descargas elctricas
producidas a travs de gases a baja presin, contenidos en tubos de
vidrio sellados, en cuyos extremos se encuentran dos electrodos
sometidos a una alta diferencia de potencial, condujeron a la
observacin de los rayos catdicos, llamados as por que viajaban
desde el ctodo (-) hacia el nodo.
Fig. 3
Equipo para medir la relacin e/m
del electrn, muy parecido al
empleado por J.J. Thomson. La traza
permite visualizar la trayectoria de
los rayos catdicos electrones-. En
el aparato se observan dos placas
metlicas horizontales y paralelas
que permiten crear un campo
elctrico perpendicular, con el fin de
desviar a los electrones que salen
lanzados en direccin horizontal.
Tambin se ven las bobinas de
Helmholtz, para producir un campo
magntico uniforme que los desve en
sentido contrario al del campo
elctrico.
Fig. 4
Aparato actual para la
realizacin del experimento de
Milikan de la gota de aceite. En
1906 intent medir la carga del
electrn pulverizando gotitas de
aceite que electrizaba y de las
que segua su trayectoria con el
visor dentro de un campo
elctrico. Encontr que
cualquier carga era un mltiplo
entero de un valor mnimo, que
era la carga elemental, es decir
la del electrn.

Inicialmente se desconoca su naturaleza y propiedades, y tanto era
as, que la escuela alemana los consideraba como ondas, mientras que
la britnica como partculas.
J. J. Thomson present un artculo en 1897 Cathode rays, en el que
explicaba los experimentos llevados a cabo para determinar su
naturaleza. En el primero, observaba que se comportaban igual que la
electricidad negativa, y en el segundo, los someta a la accin de
campos elctricos y magnticos midiendo la desviacin que sufran,
fig.3. Entonces se preguntaba: qu son estas partculas, tomos o
molculas, o materia an ms dividida?. Para obtener informacin
tuvo que efectuar varios experimentos que le permitieron calcular la
relacin entre su carga/masa y del valor obtenido dedujo que no
dependan del gas situado en el tubo. Considerando el bajo valor del
cociente, deberan ser pequeas partculas comparadas con las
molculas ordinarias.
La partcula de los rayos catdicos de carga negativa, fue
considerada como la unidad natural de electricidad y llam

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