Teoría Cuantica De Planck

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica

Los primeros intentos de los físicos del siglo xix para comprender el comportamiento de los

átomos y de las moléculas no fueron exitosos del todo. Al suponer que las moléculas se comportan

como pelotas que rebotan, los físicos fueron capaces de predecir y explicar algunos

fenómenos macroscópicos, como la presión que ejerce un gas. Sin embargo, este modelo no

informaba del todo la estabilidad de las moléculas; es decir, no podía explicar qué fuerzas

mantenían unidos a los átomos. Pasó mucho tiempo para que se descubriera (y aún más para

que se aceptara) que las propiedades de los átomos y de las moléculas no son gobernadas por

las mismas leyes físicas que rigen a los objetos más grandes.

La nueva era de la física comenzó en 1900 con el joven físico alemán Max Planck.1 Al

examinar los datos de la radiación que emitían los sólidos calentados a diferentes temperaturas,

Planck descubrió que los átomos y las moléculas emiten energía sólo en cantidades

discretas o cuanto. Los físicos siempre habían supuesto que la energía era un proceso continuo

y que en el proceso de radiación se podía liberar cualquier cantidad de energía. La teoría

cuántica de Planck revolucionó la física. Sin duda, la serie de investigaciones que siguió a este

descubrimiento modificó para siempre el concepto de la naturaleza.

Propiedades de las ondas

Para comprender la teoría cuántica de Planck es necesario tener cierto conocimiento acerca

de la naturaleza de las ondas. Podemos pensar en una onda como una alteración vibrátil mediante

la cual se transmite la energía. Las propiedades básicas de una onda se ilustran con un

tipo muy conocido de ondas: las del agua (figura 7.1). La variación regular de las crestas y los

valles hace posible percibir la propagación de las ondas.

Las propiedades características de las ondas son su longitud y altura, así como el número

de ondas que pasan por determinado punto en un segundo. La longitud de onda,

λ (lambda), es la longitud entre puntos iguales de ondas sucesivas. La frecuencia, ν (nu), es

el número de ondas que pasan por un punto particular en un segundo. La amplitud de la onda

es la longitud vertical de la línea media de una onda a su cresta o a su valle.

La rapidez es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del tipo

de onda y del medio en el cual viaja (por ejemplo, aire, agua o vacío). La rapidez (u) de una

onda es el producto de su longitud y frecuencia:

u = λν (7.1)

El concepto esencial de la ecuación (7.1) se comprende mejor cuando analizamos las dimensiones

físicas contenidas en los tres términos. La longitud de onda (λ) expresa la longitud de

la onda, o longitud/onda. La frecuencia (ν) representa el número de ondas que pasan por un

punto de referencia por unidad de tiempo, es decir, ondas/tiempo. Por tanto, el producto de

estos términos tiene las dimensiones de longitud/tiempo, que es rapidez:

longitud

tiempo

longitud

onda

ondas

tiempo

= ×

La longitud de onda se expresa de manera regular en unidades de metros, centímetros o nanómetros,

y la frecuencia se mide en hertz (Hz), donde

1 Hz = 1 ciclo/s

El término “ciclo” se omite y la frecuencia se expresa como, por ejemplo, 25/s o 25s–1 (que se

lee “25 por segundo”).

Radiación electromagnética

Existen muchos tipos de ondas, como las del agua, del sonido y de la luz. En 1873, James

Clerk Maxwell propuso que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas. De acuerdo

con esta teoría, una onda electromagnética tiene un componente de campo eléctrico y un

componente de campo magnético. Ambos tienen la misma longitud de onda y frecuencia y,

por tanto, igual rapidez, pero viajan en planos perpendiculares entre sí (figura 7.3). La trascendencia

de la teoría de Maxwell estriba en que aporta una descripción matemática del

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