Electronica Y Fisica Cuantica

OBJETIVOS

General:

Comprender los principios teóricos básicos de la física cuántica y electrónica.

Específicos:

1. Buscar los conceptos básicos relacionados con la física cuántica y electrónica.

2. Recolectar y ordenar la información pertinente al tema investigado.

3. Estudiar los datos recopilados.

INTRODUCCIÓN

La física clásica había alcanzado a explicar, a finales del s. XIX, todos los problemas que se le habían planteado a lo largo de los siglos. Sin embargo, a principios del s. XX, los descubrimientos empezaron a sucederse; en 1900 Planck estableció las bases para el desarrollo de su teoría cuántica, y poco después Einstein elaboró su teoría de la relatividad y de los fotones. El desarrollo de esta nueva física respondió a la necesidad de explicar varios fenómenos a los que la física clásica no había encontrado respuesta: el efecto fotoeléctrico, el espectro del cuerpo negro y los espectros de radiación discontinua emitidos por átomos a temperatura elevada. A raíz del avance en la tecnología, se pudo continuar y profundizar, a la vez relacionándolo con la química, la interacción entre los átomos y partículas, surgiendo una nueva rama llamada electrotecnia.

En este trabajo se expondrán algunos de los conceptos básicos para comprender estas ramas de la física, tan importantes en nuestro presente y futuro como alguno de los efectos, ecuaciones, teorias, funcionamiento, partes, componentes electricos, creadas por admirables cientificos.

Efecto fotoeléctrico

Se llama efecto fotoeléctrico al proceso de emisión de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando inciden sobre él las radiaciones de la luz (visibles y ultravioletas).

Las características de la emisión fotoeléctrica referida a un metal son:

* La emisión de electrones es instantánea al incidir la luz sobre el metal.

* El aumentar la intensidad luminosa se incrementa el número de electrones emitidos, pero no la velocidad de salida.

* La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la frecuencia de la radiación incidente.

* Para cada metal existe una cierta frecuencia umbral, por debajo de la cual no se produce emisión fotoeléctrica.

Constante de Planck

Simbolizada con la letra h (o bien ħ=h/2π, en cuyo caso se conoce como constante reducida de Planck), es una constante física que representa al cuanto elemental de acción. Es la relación entre la cantidad de energía y de frecuencia asociadas a un cuanto o a una partícula. Desempeña un papel central en la teoría de la mecánica cuántica y recibe su nombre de su descubridor, Max Planck, uno de los padres de dicha teoría. La constante de Planck relaciona la energía E de los fotones con la frecuencia de la onda lumínica (letra griega Nu).

Ecuaciones de Einstein

Son las ecuaciones fundamentales de la descripción relativista de la gravitación, que forman parte de la teoría de la relatividad general. Dentro de esa teoría el campo gravitatorio es el efecto aparente de la existencia de una curvatura en el espacio-tiempo. Las ecuaciones de campo de Einstein relacionan la presencia de materia con la curvatura del espacio-tiempo. Más exactamente cuanto mayor sea la concentración de materia, representada por el tensor de energía-impulso, tanto mayores serán las componentes del tensor de curvatura de Ricci. En el límite clásico no-relativista, esto es, a velocidades pequeñas comparadas con la luz y campos gravitacionales relativamente débiles, las ecuaciones del campo de Einstein se reducen a la ecuación de Poisson para el campo gravitatorio que es equivalente a la ley de gravitación de Newton.

* efecto fotoeléctrico explica fácilmente a partir de la hipótesis fotónica de la luz.

Al llegar a la superficie del metal, un fotón de frecuencia (f) correspondiente a la radiación lumínica, choca con un átomo y le arrancará un electrón si la energía del fotón ( E = h x f ) es mayor que el trabajo o energía de extracción del electrón(Eo)

La deferencia E - Eo entre la energía del fotón y la energía de extracción se convierte en energía cinética del metal expulsando con una velocidad (v). Por tanto:

E - Eo = ½ m v2, Es decir: E = Eo + ½ m v2

La energía del fotón (E) se emplea en arrancar el electrón del metal y comunicarle una energía cinética.

La energía correspondiente al valor del umbral fotoeléctrico (fo) será:

h x fo = Eo

EL efecto fotoeléctrico se produce cuando la energía de la radiación es igual o mayor que el umbral fotoeléctrico.

La frecuencia (f) en este caso, debe ser igual o mayor que (fo), frecuencia límite: fo = Eo/h, por debajo de la cual no es disponible obtener el efecto fotoeléctrico en el metal cuya energía de extracción vale Eo.

Aplicaciones del efecto fotoeléctrico

Se utilizan como interruptores, se construyen basándose en el efecto fotoeléctrico. Colocadas en un circuito controlan el paso de la corriente cuando no incide la luz en ellas por ejemplo: Puertas de entradas de centro comerciales y aeropuertos.

Relación entre la energía del fotón y la longitud de onda de la luz

La relación entre la energía del fotón y la longitud de onda de la correspondiente luz puede deducirse del modo siguiente:

Nosotros sabemos que: & = c/v

Si multiplicamos el numerador y el denominador por h nos queda que:

c h . c

& = -------- = ------------- de donde h x v = Efotón

v h . v

Quedándonos que:

h x c

& = -------------

Efotón

Evaluemos h x c, sustituyendo la constante de Planck h y la velocidad de la luz c.

h x c = (6.63 x 10 -34 joules.s) x (3 x 10 8 m/s) = 1.98 x 10 -25 joules.m

Transformamos los joules-m a eV-metro

Sabemos que 1m = 10 10 angstroms

1 joule = 6,25 x 10 18 eV; luego

h x c = (1,98 x 10 -25 J.m) x (10 10 A) x (6,25 x 10 18 eV/J)

h x c = 1,2375 x 10 4 eV-angstrom.

Esto significa que la longitud de onda en angstroms será:

1,2375 x 10 4 eV-angstrom

& = -----------------------------------------------------

E

Donde E es la energía del fotón en electrón-voltio, por lo que la energía en electrón-voltio de un simple fotón de longitud de onda & (lambda) medida en angstroms, viene dad por:

& x E = 12375 electrón-voltio-angstroms.

El osciloscopio

Es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy

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