SlideShare a Scribd company logo
1 of 75
Paradigma clàssic de la física
	EL CANVI DEL PARADIGMA: LA REVOLUCIÓ QUÀNTICA
L’ORIGEN DEL PROBLEMA(la interacció matèria – radiació)
Processos d’emissió i adsorció  llum - matèria Lleis experimentals  Un cos sòlid o líquid incandescent produeix llum que és espectralment contínua. Un gas incandescent emet llum que origina un espectre discontinu (conjunt de línies discretes que corresponen a diferents tipus de radiacions) que depèn de la composició química del gas.  La interacció de la llum procedent d’un sòlid o líquid incandescent, llum d’espectre continu, amb un gas, a menor temperatura que la font, dóna lloc a un espectre continu amb línies fosques discretes les posicions de les quals varien amb la composició química del gas. Representació
Tipus d’espectres
ESPECTRES ATÒMICS Anàlisi dels espectres d’emissió Importància dels espectres Identificar els elementsquímics que formen les substàncies Descobrir nous elementsquímics Obtindreinformació “xifrada” sobre l’estructuradelsàtoms
Com sabem la composició de les estrelles?
Anàlisi de l’espectre  d’hidrogen Comparant l’espectre d’emissió i absorció de l’hidrogen? Relacionant les longituds d’ona. La llei empírica de Balmer
Problemes relacionats amb els espectres atòmics Com explicar-los? Com interpretar-los? Com justificar la llei empírica de Balmer? EL PARADIGMA CLÀSSIC DE LA FÍSICA:      L’ENERGIA ES TRANSFORMA, ES  TRANSFEREIX I ES PROPAGA DE FORMA   CONTÍNUA.  NO POT RESPONDRE
RADIACIÓ TÈRMICA EMISSIÓ ABSORCIÓ - REFLEXIÓ
PLANTEJAMENT DEL PROBLEMA:COM ES DISTRIBUEIX L’ENERGIA TÈRMICA EMESA PER UN COS? Referent  ideal: cos negre Cos Negre, concepte introduït per Kirchhoff el 1862, i que es refereix a un cos que absorbeix tota l’energia que li incideix sense reflectir res 	i, en conseqüència, emet totes les possibles radiacions .
ESTUDI EXPERIMENTAL A cada temperatura li correspon una distribució de la intensitat de radiació que és independent de la natura del material. Però sempre la intensitat augmenta en disminuir la longitud d’ona fins un valor màxim per a posteriorment disminuir bruscament, comprovant que: • L’àrea compresa entre la corba i l’eix d’abscisses augmenta amb la temperatura, la qual cosa significa que per unitat de superfície un cos a major temperatura emet més energia que un a menor temperatura. • La longitud d’ona a la qual es produeix la màxima emissió disminueix en augmentar la temperatura.
LLEIS EXPERIMENTALS Llei de Stefan-Boltzmann L’energia emesa per un cos negre per unitat d’àrea i temps és directament proporcional a la quarta potència de la temperatura absoluta. Llei de Wien La longitud d’ona per a la qual la radiació és màxima és inversament proporcional a la temperatura del cos. En augmentar la temperatura la màximaintensitat de radiació es desplaçacap a longitudsmés curtes.
LA IMPOSSIBILITAT D’EXPLICACIÓ AMB EL MODEL ONDULATORI La catàstrofe de l'ultraviolada Conclusió “la física clàssica fracassa totalment en la seua temptativa de descriure la radiació tèrmica per a freqüències elevades i temperatures baixes”
La proposta de Planck: la discontinuïtat en la transferència d’energia Max  Planck, el físic teòric d’alemanya que va introduir una gran i creativa idea. Una premissa purament formal Quan un sistema emet o absorbeixradiaciómonocromàtica, elscanvisenergètics s’ajusten a l’equació:
La interpretació de Planck
El problema: l’energia
1905 ANNUS MIRABELISL’INICI DE LA REVOLUCIÓ
EL CIENTÍFIC QUE VA REVOLUCIONAR LA FÍSICA PER FOMENTAR LES LLEIS FÍSIQUES “Seria trist que l'embolcall fora millor que la substància que conté” “L’essencial en l'existència d’una persona com jo és el que pensa i com ho pensa; no allò que  fa o viu”
TRES MINUTS AMB EINSTEIN
LA SOLUCIÓ: LA HIPÒTESI QUÀNTICA  “La llum (més àmpliament radiació) consisteix en un nombre finit de quants (originalmentdenominats “lichtquanten”) d’energialocalitzats en punts de l’espai, els quals es mouensense dividir-se i noméspoden ser absorbits o emesos com unitatscompletes”
CONSEQÜÈNCIES DE LA HIPÒTESI  La radiació està formada per un feix de partícules energètiques (FOTONS). L’energia d’un fotó  s’expressa per l’equació: L’energia transferida per radiació d’una única longitud d’ona,està integrada per un nombre enter de fotons. És a dir:
Conclusions “la llumés una pluja de fotons, sent el fotó la unitat elemental de l’energia lluminosa.” El focus emet unitats energètiques, que denominem fotons, en totes les direccions. Els fotons es propaguen de forma independent i contenen una quantitat fixa d’energia que ve determinada per l’equació: E fotó = h·ν. L’energia del fotó es mantéconstant en la seuapropagació.
Problemes de la hipòtesi quàntica
Aplicació
CONSTRASTACIÓ DE LA HIPÒTESI:L’EFECTE FOTOELÈCTRIC Concepte de l’efecte fotoelèctric L’estudi experimental: cèl·lula fotoelèctrica L’efecte fotoelèctric consisteix en l’emissió d’electrons en il·luminar amb llum apropiada una làmina metàl·lica.
L’ESTUDI DE L’EFECTE FOTOELÈTRIC
Com explicar l’efecte fotoelèctric?  Referent observacional Interpretació quàntica
FET EXPERIMENTAL Per a un metall donat, només e s produeix l’efecte fotoelèctric si la freqüència de la llumutilitzadasobrepassa un límit, anomenat freqüència llindar, νo. Per tant, si la freqüència és menor que aquest valor, no s’hi poden arrancar electrons. T. ONDULATORIA.  Per a arrancar un electró del metall cal una quantitat d’energia. Aquesta quantitat depèn de la intensitat de l’ona, amb independència de la seua freqüència. T. QUÀNTICA. L’efecte fotoelèctric és conseqüència de la transferència d’energia dels fotons incidents als electrons retinguts pel metall. Per això, la freqüència llindar (νo) correspon al fotó que posseeix la suficient energia per a arrancar un electró de la superfície, el menys retingut. És a dir:
FET EXPERIMENTAL T. ONDULATORIA. L’energia necessària per a arrancar un electró es proporciona de forma contínua, i precisa d’untemps de transferència en funció de la intensitat de la radiació. A causa de la xicotetasuperfície en què té lloc l’efecte fotoelèctric, el temps necessari perquè hi incidisca suficient energia com per a arrancar l’electróseria molt elevat. T. QUÀNTICA. En originar-se l’efecte per la interacciód’unfotóamb un electró del metall, el temps de transferènciade l’energia depèn de la natura de la interacció, i que per ser de caràcteratòmic i tractar-se d’unainteracció entre duespartículesporta associats temps de l’ordre del ns (10–9 s). Quan l’efecte es produeix, ho fa instantàniament, fins i tot per a baixes intensitats lluminoses, és a dir il·luminant amb fonts que aporten poca energia per unitat de temps.
FET EXPERIMENTAL T. ONDULATORIA. L’energia associada a la llum incident depèn de la seua intensitat. Per tant, hauria d’haver una relació entre la intensitat de llum i l’energiacinèticadelselectronsemesos. Per a qualsevolfreqüència seria d’esperar l’emissió d’electrons, nomésésqüestiód’esperar el temps suficient. T. QUÀNTICA. L’energia dels fotons incidents és directament proporcional a la freqüència de la radiació. En conseqüència és d’esperar que els electrons adquirisquenmajorenergiacinètica en augmentar la freqüència de la llumincident, ja que el fotó pot transferir més energia a l’electró. Per sobre de la freqüència llindar, l’energia cinètica màxima de l’electró emés és independent de la intensitat de la llum incident, però depèn de la freqüència de la llumincident.
De què depèn la freqüència llindar per originar  l’efecte fotoelèctric? La freqüència llindar a partir de la qual es produeix l’efecte fotoelèctricdepèn de la natura del metall. L’energia mínima requerida perquè un electró puga escapar del metall, i superar així el pouenergètic, es denomina treballd’extracció (We) o funció de treball. El treballd’extraccióésdistint per a cada metall i determina el valor de la freqüènciallindar.
El fonament de la interpretació quàntica Des del punt de vista quàntic la situacióenergèticamés favorable és aquella en la qual un fotócedeix tota la seuaenergia a un electró del metall. L’electróproveït de l’energia del fotóescapa del metall, per a això requereix una quantitat d’energia (W).
Quan es produeix l’efecte fotoelèctric?
Com varia el corrent elèctric de la cèl·lula fotoelèctrica ? Corba experimental ∆V = 0, els electrons s’alliberen sense l’acció de cap força elèctrica externa que els impulse. ∆V  0, sobre els electrons alliberats actua una força que els impulsa cap la placa col·lectora (positiva). ∆V 0, sobre els electrons alliberats actua una força que els atrau cap la placa emissora (positiva).
INTERPRETACIÓ  DE L’EFECTE FOTOELÈTRIC
Problema  d’aplicació Conversió d’unitats Obtenció de la freqüència Relació de la longitud d’ona llindar Anàlisiintraccióradiacióambmetall 3,424 5,16 580,5 nm Longitud d’ona baixes Longitud d’ona altes λ↑  (fotons ↓ energia) Longitud d’ona llindar Situació límit No origina efecte 600 nm Produeix efecte 500 nm
Com quantificar l’energia cinètica màxima del electrons emesos? Predicció de la teoria quàntica:  “Si la fórmula deduïdaés correcta, la representaciógràfica de ΔV0 (per simplicitat V0) en coordenadescartesianes en funció de la freqüència de la llumincident ha de ser una recta el pendent de la qual no depèn de la natura de la substància emissora”. Invertir polaritat de la cèl·lula, a fi de frenar els electrons emesos. Placa emissora : positiva Placa receptora : negativa 2. Augmentar el valor de la diferencia de  potencial, entre les plaques, fins aturar el corrent elèctric. Segons la teoria quàntica
Confirmació experimental
Conclusió “Vaig passar deu anys de la meua vida comprovantl’equació d’Einstein del 1905 (la de l’efecte fotoelèctric) i, contràriament a totes les meues expectatives, em vaig veure obligat, el 1915, a proclamar la seua indubtable verificació experimental malgrat com era de desenraonat, ja que semblava violar el que sabíem sobre la interaccióde la llum”. Robert Mlilikan Però,  Millikan va canviar les seues ides?
Càlcul de la longitud d’ona llindar
Representació gràfica del potencial de frenat en funció de la freqüència Obtenció del pendent Interpretació quàntica Freqüència llindar
RESUM Explicació del fenomen i com estudiar-lo. factors que influeixen  en el fenomen. Explicació del fenomen.
ACTIVITATS DE TREBALL
EL CARÀCTER CORPUSCULAR DEL FOTÓ Energia del fotó: Comprovació: Efecte fotoelèctric. Quantitat de moviment del fotó: Comprovació: Efecte Compton.
L’EFECTE COMPTON Efecte experimental: Compton va comprovar experimentalment que quan un feix de rajos X o rajos γ (radiaciómoltenergètica) incideix sobre substàncies com la parafina o el grafit, que contenen electrons feblement lligats, s’observa que a més de la radiació incident (λ), n’hi ha una altra que té una longitud d’ona (λ’) major que la inicial (radiació dispersada). Llei experimental
ANÀLISI DE L’EFECTE COMPTON
INTERPRETACIÓ DEL FENOMEN MODEL ONDULATORI MODEL QUÀNTIC ??
INTERPRETACIÓ: XOC ELÀSTIC ENTRE EL FOTÓ INCIDENT I L’ELECTRÓ
XOC ELÀSTIC: FOTÓ - ELECTRÓ CONSERVACIÓ DE L’ENERGIA CONSERVACIÓ DE LA QUANTITAT DE MOVIMET CONCLUSIÓ:
ANÀLISI DE L’EFECTE COMPTON
L’APLICACIÓ DE LA TEORIA QUÀNTICA AL MODEL ATÒMIC MODEL DE BOHR ANTECEDENTS MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD ESTUDI DE DELS ESPECTRES ATÒMICS
FONAMENTS DE MODEL DE BOHR 3. Suposant que l’òrbita de l’electróés circular, el moment angular de l’electró que gira al voltant del nucliés un múltiple enter de h/2π: 4. La radiacióemesadurant la transició entre dos estatsestacionariséshomogènia, i la relació entre la freqüènciai l’energiaemesa és ΔE = h ν, on h és la constant de Planck. 1. L’energia radiada no s’emet (ni s’absorbeix) de la forma contínua que suposal’electrodinàmicaordinària, sinónomés quan els sistemes passen d’un estat estacionari a un altre. 2. En els estats estacionaris, l’equilibri dinàmic del sistema està regit per les lleis ordinàries de la mecànica, lleis que no són vàlides en les transicions entre els diferents estats estacionaris.
CONSEQÜÈNCIES QUANTITZACIÓ DELS RADIS DE LES ÒRBITES QUANTITZACIÓ DE L’ENERGIA DE L’ÀTOM
PROCÉS D’ABSORCIÓ - EMISSIÓ DE RADIACIÓ Una possible transició Diferents possibles transicions absorció emissió Com calcular la longitud d’ona associada? a) Calcular l’energia transferida: ∆E = E nivell final – E nivell inicial Si ∆E  0 procés absorció Si ∆E  0 procés d’emissió b) Càlcul de la longitud d’ona
EXPLICACIÓ DE L’ESPECTRE D’HIDROGEN
60 Límitsde les series E=0 n= n=6 n=5 n=4 n=3 Energía creciente Nivells energètic  de l'àtom d'hidrogen n=2 n=1 Serie de Lyman Serie de Balmer Serie de Paschen Serie de Brackett ELS ESPECTRES DISCONTINUUS L’equació experimental dels  espectroscopistes permet  mesurar l’energia  de les transicions electròniques. L'energia que s’absorbeix o es desprèn quan un electró salta d’un nivell energètic a un altre del àtom. RH=1,097.107 m-1 Els espectres atòmics són una proba de la quantització de la matèria
CONCLUSIÓ: CARÀCTER DUAL DE LA LLUM
L’EXTENSIÓ DEL CARÀCTER DUAL A LA MATÈRIA
63 Calcula la longitud d’ona de DeBroglie associada, a:    a) Una persona de 70 kg que es mou a 2 m/s b) Un electró de 9,1.10-31 kg de massa amb una rapidesa de 1000 m/s Molt menuda en relació a la grandària d’una persona, la qual cosa, evidència que el comportament ondulatori no és significatiu. Aplicació al càlcul de la longitud d’onda associada a) Per a la persona b) Per a el electró Unes 130000 vegades major que el radi de la primera órbita de Böhr; en conseqüència  per estudiar el comportament de l’electró, a l’àtom, es fonamental el seu caràcter ondulatori.
NATURALEZA DUAL DE LA MATÈRIA
CONFIRMACIÓ EXPERIMENTAL: DIFRACCIÓ DE PARTÍCULES CONCLUSIÓ
FONAMENTS DE LA FÍSICA QUÀNTICA La discontinuïtat Certes magnitudsfísiques, com l’energia, relacionadesambelssistemesatòmicsestan “quantitzades”. Això significa que noméspoden prendre valors que són múltiples d’una quantitat mínima indivisible.  La doble natura de l’electró El comportament de l’electró en certsfenòmenss’explicasobre la base del model ondulatori, mentre que per a d’altres s’usa el model corpuscular, però mai no es manifesten comportaments en què es precisen simultàniament ambdós models.
La indeterminació (principi d’indeterminació) No es pot determinar simultàniamentambprecisió absoluta la posició i el moment lineal d’una partícula
Explicació
Conseqüències El principid’indeterminació es refereix a la impossibilitat de mesurar al mateix temps amb exactitud dues magnituds d’acció (posició-quantitat de moviment, energia-temps) i és una conseqüència de la natura dual (ona-corpuscle) de la matèria, la qual cosa implica que no hi ha trajectòriesdefinides de partículessubatòmiques. Les relacions d'indeterminació permeten saber quan cal el tractament quàntic d’un sistema i quan n’hi ha prou amb el tractament clàssic. En efecte, triem dues magnituds rellevants, f i g, del sistema el producte del qual tinga les unitats de la constant de Planck (Js) i apliquem la regla següent:
71 LA INTERPRETACIÓ DE COPENHAGUE Microscopis d’efecte túnel Niels Böhr El làser Qualsevol teoria sobre el comportament de les entitats quàntiques ha d’establir ELS MATEIXOS RESULTATS que la física clàssica quan s’apliquen a sistemes macroscòpics  Els efectes ondulatoris sols es manifesten en partícules de massa molt menuda (partícules subatòmiques) i  no és observable en partícules de massa gran.  El comportament de la matèria atòmica es pot  interpretar, algunes vegades, mitjançant la teoria corpuscular, y d’altres, a partir de la teoria ondulatòria, en funció de l’experiment utilitzat per observar-la. “no podem saber com és realment la natura, només podem conèixer com se’ns manifesta quan formem part d’un experiment” Cal aplicar el principi de complementarietat per interpretar el món quàntic:les idees de corpuscle i d’ona  són complementàries i no es manifesten mai simultàniament. Aplicacions tecnològiques  fonamentades en la física quàntica  Fonamentat en el caràcter quàntic de partícules subatòmiques, com l’electró, permet ampliar l’OBSERVACIÓ de la matèria, fins i tot, a escala atòmica.  La mecànica quàntica permet el desenvolupament d’una de les branques amb més expectatives: la nanotecnologia  Es fonamenta en la existència de nivells energètics quantificats en l’estructura atòmica.
APLICACIONS DE LA MECÀNICA QUÀNTICA EL LÀSER Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation. EL MICROSCOPI ELÈCTRONIC
LA  PARADOXA DEL GAT DE SCHRÖNDINGER
La repercussió social de la mecànica quàntica

More Related Content

What's hot

APUNTS ÒPTICA
APUNTS ÒPTICAAPUNTS ÒPTICA
APUNTS ÒPTICA
dcp7777
 
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
antonmaria
 
El camp gravitatori
El camp gravitatoriEl camp gravitatori
El camp gravitatori
imiquel2
 
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
rosaquima
 
Tema 8 treball i energia
Tema 8 treball i energiaTema 8 treball i energia
Tema 8 treball i energia
Xavier Roura
 
Qüestions i problemes del tema 1
Qüestions i problemes del tema 1Qüestions i problemes del tema 1
Qüestions i problemes del tema 1
Alex Arcos Pujades
 
Tema 4. Conservació de la quantitat de moviment
Tema 4. Conservació de la quantitat de movimentTema 4. Conservació de la quantitat de moviment
Tema 4. Conservació de la quantitat de moviment
Arnau
 

What's hot (20)

APUNTS ÒPTICA
APUNTS ÒPTICAAPUNTS ÒPTICA
APUNTS ÒPTICA
 
2n BATXILLERAT: CAMP MAGNÈTIC
2n BATXILLERAT: CAMP MAGNÈTIC2n BATXILLERAT: CAMP MAGNÈTIC
2n BATXILLERAT: CAMP MAGNÈTIC
 
Camp gravitatori
Camp gravitatoriCamp gravitatori
Camp gravitatori
 
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]
 
El camp gravitatori
El camp gravitatoriEl camp gravitatori
El camp gravitatori
 
Camp magnètic
Camp magnèticCamp magnètic
Camp magnètic
 
LES FORCES
LES FORCESLES FORCES
LES FORCES
 
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
2n BATXILLERAT: FENÒMENS ONDULATORIS
 
Ones
OnesOnes
Ones
 
Camp elèctric
Camp elèctricCamp elèctric
Camp elèctric
 
Tema 8 treball i energia
Tema 8 treball i energiaTema 8 treball i energia
Tema 8 treball i energia
 
Moviment Harmònic Simple
Moviment Harmònic SimpleMoviment Harmònic Simple
Moviment Harmònic Simple
 
Camp magnètic
Camp magnèticCamp magnètic
Camp magnètic
 
El so. 2n Batxillerat
El so. 2n BatxilleratEl so. 2n Batxillerat
El so. 2n Batxillerat
 
2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA.
2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA.2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA.
2n BATXILLERAT: LA LLUM. ÒPTICA GEOMÈTRICA.
 
Qüestions i problemes del tema 1
Qüestions i problemes del tema 1Qüestions i problemes del tema 1
Qüestions i problemes del tema 1
 
Tema 4. Conservació de la quantitat de moviment
Tema 4. Conservació de la quantitat de movimentTema 4. Conservació de la quantitat de moviment
Tema 4. Conservació de la quantitat de moviment
 
Camp electric
Camp electricCamp electric
Camp electric
 
Dinàmica: 1r de batxillerat
Dinàmica: 1r de batxilleratDinàmica: 1r de batxillerat
Dinàmica: 1r de batxillerat
 
T2 forces dinàmica
T2 forces dinàmicaT2 forces dinàmica
T2 forces dinàmica
 

Viewers also liked

La nova visió de l'univers
La nova visió de l'universLa nova visió de l'univers
La nova visió de l'univers
gcangeles2
 
Física de partícules
Física de partículesFísica de partícules
Física de partícules
David Mur
 
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
oriolespinal
 

Viewers also liked (20)

Física quàntica i relativitat
Física quàntica i relativitatFísica quàntica i relativitat
Física quàntica i relativitat
 
Presentacio pla lector. INS Tapiró
Presentacio pla lector. INS TapiróPresentacio pla lector. INS Tapiró
Presentacio pla lector. INS Tapiró
 
La nova visió de l'univers
La nova visió de l'universLa nova visió de l'univers
La nova visió de l'univers
 
Física de partícules
Física de partículesFísica de partícules
Física de partícules
 
Física moderna
Física modernaFísica moderna
Física moderna
 
El agua
El aguaEl agua
El agua
 
De la física clàssica a la mecànica quàntica
De la física clàssica a la mecànica quànticaDe la física clàssica a la mecànica quàntica
De la física clàssica a la mecànica quàntica
 
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
V1 cuerpo humano y mecanica cuantica-1
 
Poster 3
Poster 3Poster 3
Poster 3
 
L’origen i constitució de l’univers i la terra
L’origen i constitució de l’univers i la terraL’origen i constitució de l’univers i la terra
L’origen i constitució de l’univers i la terra
 
Forats de cuc
Forats de cucForats de cuc
Forats de cuc
 
Teoria quàntica
Teoria quànticaTeoria quàntica
Teoria quàntica
 
Huesos del Cabeza
Huesos del CabezaHuesos del Cabeza
Huesos del Cabeza
 
Nuclear
NuclearNuclear
Nuclear
 
La porta dels tres panys
La porta dels tres panys La porta dels tres panys
La porta dels tres panys
 
FIP Comite de Acreditacion
FIP Comite de AcreditacionFIP Comite de Acreditacion
FIP Comite de Acreditacion
 
Teoría de la relatividad
Teoría de la relatividadTeoría de la relatividad
Teoría de la relatividad
 
De la física clàssica a la mecànica quàntica
De la física clàssica a la mecànica quànticaDe la física clàssica a la mecànica quàntica
De la física clàssica a la mecànica quàntica
 
Clase fisicanuclear
Clase fisicanuclearClase fisicanuclear
Clase fisicanuclear
 
Les aportacions de Einstein
Les aportacions de EinsteinLes aportacions de Einstein
Les aportacions de Einstein
 

Similar to Fisica quantica 2n batxillerat

Uudd 1. estructura atòmica
Uudd 1. estructura atòmicaUudd 1. estructura atòmica
Uudd 1. estructura atòmica
37390250R
 
Espectros
EspectrosEspectros
Espectros
conchi
 
Estructura materia
Estructura materiaEstructura materia
Estructura materia
mmas1211
 

Similar to Fisica quantica 2n batxillerat (20)

La física quàntica
La física quànticaLa física quàntica
La física quàntica
 
Estructuraatòmica
EstructuraatòmicaEstructuraatòmica
Estructuraatòmica
 
Uudd 1. estructura atòmica
Uudd 1. estructura atòmicaUudd 1. estructura atòmica
Uudd 1. estructura atòmica
 
Física nuclear
Física nuclearFísica nuclear
Física nuclear
 
Estructura de latom
Estructura de latomEstructura de latom
Estructura de latom
 
F2practica3 equacionsmaxwell
F2practica3 equacionsmaxwellF2practica3 equacionsmaxwell
F2practica3 equacionsmaxwell
 
Anàlisi espectroscòpic
Anàlisi espectroscòpicAnàlisi espectroscòpic
Anàlisi espectroscòpic
 
Espectroscopia
EspectroscopiaEspectroscopia
Espectroscopia
 
àTom 1r batx
àTom 1r batxàTom 1r batx
àTom 1r batx
 
UNITAT 1
UNITAT 1UNITAT 1
UNITAT 1
 
Qui 1 bat_u7_presentacions
Qui 1 bat_u7_presentacionsQui 1 bat_u7_presentacions
Qui 1 bat_u7_presentacions
 
Estructura Atòmica 1r btx
Estructura Atòmica 1r btxEstructura Atòmica 1r btx
Estructura Atòmica 1r btx
 
Espectros
EspectrosEspectros
Espectros
 
Q2 u5oem
Q2 u5oemQ2 u5oem
Q2 u5oem
 
F1practica4 opticafisica
F1practica4 opticafisicaF1practica4 opticafisica
F1practica4 opticafisica
 
Estructura de la matèria
Estructura de la matèria Estructura de la matèria
Estructura de la matèria
 
Física - PAC 3 - Multimedia (UOC) - Paquita Ribas
Física - PAC 3 - Multimedia (UOC) - Paquita RibasFísica - PAC 3 - Multimedia (UOC) - Paquita Ribas
Física - PAC 3 - Multimedia (UOC) - Paquita Ribas
 
Estructura materia
Estructura materiaEstructura materia
Estructura materia
 
Radioactivitat
RadioactivitatRadioactivitat
Radioactivitat
 
ELECTRÒNICA ANALÒGICA.
ELECTRÒNICA ANALÒGICA.ELECTRÒNICA ANALÒGICA.
ELECTRÒNICA ANALÒGICA.
 

Recently uploaded (7)

sopar en família dels alumnes de tercer de ESO
sopar en família dels alumnes de tercer de ESOsopar en família dels alumnes de tercer de ESO
sopar en família dels alumnes de tercer de ESO
 
Presentació_Conèixer_els_Màsters_2024.pptx
Presentació_Conèixer_els_Màsters_2024.pptxPresentació_Conèixer_els_Màsters_2024.pptx
Presentació_Conèixer_els_Màsters_2024.pptx
 
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - La deforestació
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - La deforestacióRealitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - La deforestació
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - La deforestació
 
FESTA ESCOLA 2024 divendres, 31 de maig.pdf
FESTA ESCOLA 2024 divendres, 31 de maig.pdfFESTA ESCOLA 2024 divendres, 31 de maig.pdf
FESTA ESCOLA 2024 divendres, 31 de maig.pdf
 
App del mes de maig ins alcarras Duolingo
App del mes de maig ins alcarras DuolingoApp del mes de maig ins alcarras Duolingo
App del mes de maig ins alcarras Duolingo
 
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - El desglaç dels pols
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - El desglaç dels polsRealitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - El desglaç dels pols
Realitat o fake news? – Què causa el canvi climàtic? - El desglaç dels pols
 
ELS GÈNERES PERIODISTICS D´OPINIÓ
ELS    GÈNERES   PERIODISTICS   D´OPINIÓELS    GÈNERES   PERIODISTICS   D´OPINIÓ
ELS GÈNERES PERIODISTICS D´OPINIÓ
 

Fisica quantica 2n batxillerat

  • 1.
  • 3. EL CANVI DEL PARADIGMA: LA REVOLUCIÓ QUÀNTICA
  • 4. L’ORIGEN DEL PROBLEMA(la interacció matèria – radiació)
  • 5. Processos d’emissió i adsorció llum - matèria Lleis experimentals Un cos sòlid o líquid incandescent produeix llum que és espectralment contínua. Un gas incandescent emet llum que origina un espectre discontinu (conjunt de línies discretes que corresponen a diferents tipus de radiacions) que depèn de la composició química del gas. La interacció de la llum procedent d’un sòlid o líquid incandescent, llum d’espectre continu, amb un gas, a menor temperatura que la font, dóna lloc a un espectre continu amb línies fosques discretes les posicions de les quals varien amb la composició química del gas. Representació
  • 7. ESPECTRES ATÒMICS Anàlisi dels espectres d’emissió Importància dels espectres Identificar els elementsquímics que formen les substàncies Descobrir nous elementsquímics Obtindreinformació “xifrada” sobre l’estructuradelsàtoms
  • 8. Com sabem la composició de les estrelles?
  • 9. Anàlisi de l’espectre d’hidrogen Comparant l’espectre d’emissió i absorció de l’hidrogen? Relacionant les longituds d’ona. La llei empírica de Balmer
  • 10. Problemes relacionats amb els espectres atòmics Com explicar-los? Com interpretar-los? Com justificar la llei empírica de Balmer? EL PARADIGMA CLÀSSIC DE LA FÍSICA: L’ENERGIA ES TRANSFORMA, ES TRANSFEREIX I ES PROPAGA DE FORMA CONTÍNUA. NO POT RESPONDRE
  • 11. RADIACIÓ TÈRMICA EMISSIÓ ABSORCIÓ - REFLEXIÓ
  • 12. PLANTEJAMENT DEL PROBLEMA:COM ES DISTRIBUEIX L’ENERGIA TÈRMICA EMESA PER UN COS? Referent ideal: cos negre Cos Negre, concepte introduït per Kirchhoff el 1862, i que es refereix a un cos que absorbeix tota l’energia que li incideix sense reflectir res i, en conseqüència, emet totes les possibles radiacions .
  • 13. ESTUDI EXPERIMENTAL A cada temperatura li correspon una distribució de la intensitat de radiació que és independent de la natura del material. Però sempre la intensitat augmenta en disminuir la longitud d’ona fins un valor màxim per a posteriorment disminuir bruscament, comprovant que: • L’àrea compresa entre la corba i l’eix d’abscisses augmenta amb la temperatura, la qual cosa significa que per unitat de superfície un cos a major temperatura emet més energia que un a menor temperatura. • La longitud d’ona a la qual es produeix la màxima emissió disminueix en augmentar la temperatura.
  • 14. LLEIS EXPERIMENTALS Llei de Stefan-Boltzmann L’energia emesa per un cos negre per unitat d’àrea i temps és directament proporcional a la quarta potència de la temperatura absoluta. Llei de Wien La longitud d’ona per a la qual la radiació és màxima és inversament proporcional a la temperatura del cos. En augmentar la temperatura la màximaintensitat de radiació es desplaçacap a longitudsmés curtes.
  • 15. LA IMPOSSIBILITAT D’EXPLICACIÓ AMB EL MODEL ONDULATORI La catàstrofe de l'ultraviolada Conclusió “la física clàssica fracassa totalment en la seua temptativa de descriure la radiació tèrmica per a freqüències elevades i temperatures baixes”
  • 16. La proposta de Planck: la discontinuïtat en la transferència d’energia Max Planck, el físic teòric d’alemanya que va introduir una gran i creativa idea. Una premissa purament formal Quan un sistema emet o absorbeixradiaciómonocromàtica, elscanvisenergètics s’ajusten a l’equació:
  • 19. 1905 ANNUS MIRABELISL’INICI DE LA REVOLUCIÓ
  • 20. EL CIENTÍFIC QUE VA REVOLUCIONAR LA FÍSICA PER FOMENTAR LES LLEIS FÍSIQUES “Seria trist que l'embolcall fora millor que la substància que conté” “L’essencial en l'existència d’una persona com jo és el que pensa i com ho pensa; no allò que fa o viu”
  • 21. TRES MINUTS AMB EINSTEIN
  • 22. LA SOLUCIÓ: LA HIPÒTESI QUÀNTICA “La llum (més àmpliament radiació) consisteix en un nombre finit de quants (originalmentdenominats “lichtquanten”) d’energialocalitzats en punts de l’espai, els quals es mouensense dividir-se i noméspoden ser absorbits o emesos com unitatscompletes”
  • 23. CONSEQÜÈNCIES DE LA HIPÒTESI La radiació està formada per un feix de partícules energètiques (FOTONS). L’energia d’un fotó s’expressa per l’equació: L’energia transferida per radiació d’una única longitud d’ona,està integrada per un nombre enter de fotons. És a dir:
  • 24. Conclusions “la llumés una pluja de fotons, sent el fotó la unitat elemental de l’energia lluminosa.” El focus emet unitats energètiques, que denominem fotons, en totes les direccions. Els fotons es propaguen de forma independent i contenen una quantitat fixa d’energia que ve determinada per l’equació: E fotó = h·ν. L’energia del fotó es mantéconstant en la seuapropagació.
  • 25. Problemes de la hipòtesi quàntica
  • 27. CONSTRASTACIÓ DE LA HIPÒTESI:L’EFECTE FOTOELÈCTRIC Concepte de l’efecte fotoelèctric L’estudi experimental: cèl·lula fotoelèctrica L’efecte fotoelèctric consisteix en l’emissió d’electrons en il·luminar amb llum apropiada una làmina metàl·lica.
  • 28. L’ESTUDI DE L’EFECTE FOTOELÈTRIC
  • 29. Com explicar l’efecte fotoelèctric? Referent observacional Interpretació quàntica
  • 30. FET EXPERIMENTAL Per a un metall donat, només e s produeix l’efecte fotoelèctric si la freqüència de la llumutilitzadasobrepassa un límit, anomenat freqüència llindar, νo. Per tant, si la freqüència és menor que aquest valor, no s’hi poden arrancar electrons. T. ONDULATORIA. Per a arrancar un electró del metall cal una quantitat d’energia. Aquesta quantitat depèn de la intensitat de l’ona, amb independència de la seua freqüència. T. QUÀNTICA. L’efecte fotoelèctric és conseqüència de la transferència d’energia dels fotons incidents als electrons retinguts pel metall. Per això, la freqüència llindar (νo) correspon al fotó que posseeix la suficient energia per a arrancar un electró de la superfície, el menys retingut. És a dir:
  • 31. FET EXPERIMENTAL T. ONDULATORIA. L’energia necessària per a arrancar un electró es proporciona de forma contínua, i precisa d’untemps de transferència en funció de la intensitat de la radiació. A causa de la xicotetasuperfície en què té lloc l’efecte fotoelèctric, el temps necessari perquè hi incidisca suficient energia com per a arrancar l’electróseria molt elevat. T. QUÀNTICA. En originar-se l’efecte per la interacciód’unfotóamb un electró del metall, el temps de transferènciade l’energia depèn de la natura de la interacció, i que per ser de caràcteratòmic i tractar-se d’unainteracció entre duespartículesporta associats temps de l’ordre del ns (10–9 s). Quan l’efecte es produeix, ho fa instantàniament, fins i tot per a baixes intensitats lluminoses, és a dir il·luminant amb fonts que aporten poca energia per unitat de temps.
  • 32. FET EXPERIMENTAL T. ONDULATORIA. L’energia associada a la llum incident depèn de la seua intensitat. Per tant, hauria d’haver una relació entre la intensitat de llum i l’energiacinèticadelselectronsemesos. Per a qualsevolfreqüència seria d’esperar l’emissió d’electrons, nomésésqüestiód’esperar el temps suficient. T. QUÀNTICA. L’energia dels fotons incidents és directament proporcional a la freqüència de la radiació. En conseqüència és d’esperar que els electrons adquirisquenmajorenergiacinètica en augmentar la freqüència de la llumincident, ja que el fotó pot transferir més energia a l’electró. Per sobre de la freqüència llindar, l’energia cinètica màxima de l’electró emés és independent de la intensitat de la llum incident, però depèn de la freqüència de la llumincident.
  • 33. De què depèn la freqüència llindar per originar l’efecte fotoelèctric? La freqüència llindar a partir de la qual es produeix l’efecte fotoelèctricdepèn de la natura del metall. L’energia mínima requerida perquè un electró puga escapar del metall, i superar així el pouenergètic, es denomina treballd’extracció (We) o funció de treball. El treballd’extraccióésdistint per a cada metall i determina el valor de la freqüènciallindar.
  • 34. El fonament de la interpretació quàntica Des del punt de vista quàntic la situacióenergèticamés favorable és aquella en la qual un fotócedeix tota la seuaenergia a un electró del metall. L’electróproveït de l’energia del fotóescapa del metall, per a això requereix una quantitat d’energia (W).
  • 35. Quan es produeix l’efecte fotoelèctric?
  • 36. Com varia el corrent elèctric de la cèl·lula fotoelèctrica ? Corba experimental ∆V = 0, els electrons s’alliberen sense l’acció de cap força elèctrica externa que els impulse. ∆V  0, sobre els electrons alliberats actua una força que els impulsa cap la placa col·lectora (positiva). ∆V 0, sobre els electrons alliberats actua una força que els atrau cap la placa emissora (positiva).
  • 37. INTERPRETACIÓ DE L’EFECTE FOTOELÈTRIC
  • 38. Problema d’aplicació Conversió d’unitats Obtenció de la freqüència Relació de la longitud d’ona llindar Anàlisiintraccióradiacióambmetall 3,424 5,16 580,5 nm Longitud d’ona baixes Longitud d’ona altes λ↑ (fotons ↓ energia) Longitud d’ona llindar Situació límit No origina efecte 600 nm Produeix efecte 500 nm
  • 39. Com quantificar l’energia cinètica màxima del electrons emesos? Predicció de la teoria quàntica: “Si la fórmula deduïdaés correcta, la representaciógràfica de ΔV0 (per simplicitat V0) en coordenadescartesianes en funció de la freqüència de la llumincident ha de ser una recta el pendent de la qual no depèn de la natura de la substància emissora”. Invertir polaritat de la cèl·lula, a fi de frenar els electrons emesos. Placa emissora : positiva Placa receptora : negativa 2. Augmentar el valor de la diferencia de potencial, entre les plaques, fins aturar el corrent elèctric. Segons la teoria quàntica
  • 41. Conclusió “Vaig passar deu anys de la meua vida comprovantl’equació d’Einstein del 1905 (la de l’efecte fotoelèctric) i, contràriament a totes les meues expectatives, em vaig veure obligat, el 1915, a proclamar la seua indubtable verificació experimental malgrat com era de desenraonat, ja que semblava violar el que sabíem sobre la interaccióde la llum”. Robert Mlilikan Però, Millikan va canviar les seues ides?
  • 42. Càlcul de la longitud d’ona llindar
  • 43. Representació gràfica del potencial de frenat en funció de la freqüència Obtenció del pendent Interpretació quàntica Freqüència llindar
  • 44. RESUM Explicació del fenomen i com estudiar-lo. factors que influeixen en el fenomen. Explicació del fenomen.
  • 45.
  • 46.
  • 48. EL CARÀCTER CORPUSCULAR DEL FOTÓ Energia del fotó: Comprovació: Efecte fotoelèctric. Quantitat de moviment del fotó: Comprovació: Efecte Compton.
  • 49. L’EFECTE COMPTON Efecte experimental: Compton va comprovar experimentalment que quan un feix de rajos X o rajos γ (radiaciómoltenergètica) incideix sobre substàncies com la parafina o el grafit, que contenen electrons feblement lligats, s’observa que a més de la radiació incident (λ), n’hi ha una altra que té una longitud d’ona (λ’) major que la inicial (radiació dispersada). Llei experimental
  • 51. INTERPRETACIÓ DEL FENOMEN MODEL ONDULATORI MODEL QUÀNTIC ??
  • 52. INTERPRETACIÓ: XOC ELÀSTIC ENTRE EL FOTÓ INCIDENT I L’ELECTRÓ
  • 53. XOC ELÀSTIC: FOTÓ - ELECTRÓ CONSERVACIÓ DE L’ENERGIA CONSERVACIÓ DE LA QUANTITAT DE MOVIMET CONCLUSIÓ:
  • 55. L’APLICACIÓ DE LA TEORIA QUÀNTICA AL MODEL ATÒMIC MODEL DE BOHR ANTECEDENTS MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD ESTUDI DE DELS ESPECTRES ATÒMICS
  • 56. FONAMENTS DE MODEL DE BOHR 3. Suposant que l’òrbita de l’electróés circular, el moment angular de l’electró que gira al voltant del nucliés un múltiple enter de h/2π: 4. La radiacióemesadurant la transició entre dos estatsestacionariséshomogènia, i la relació entre la freqüènciai l’energiaemesa és ΔE = h ν, on h és la constant de Planck. 1. L’energia radiada no s’emet (ni s’absorbeix) de la forma contínua que suposal’electrodinàmicaordinària, sinónomés quan els sistemes passen d’un estat estacionari a un altre. 2. En els estats estacionaris, l’equilibri dinàmic del sistema està regit per les lleis ordinàries de la mecànica, lleis que no són vàlides en les transicions entre els diferents estats estacionaris.
  • 57. CONSEQÜÈNCIES QUANTITZACIÓ DELS RADIS DE LES ÒRBITES QUANTITZACIÓ DE L’ENERGIA DE L’ÀTOM
  • 58. PROCÉS D’ABSORCIÓ - EMISSIÓ DE RADIACIÓ Una possible transició Diferents possibles transicions absorció emissió Com calcular la longitud d’ona associada? a) Calcular l’energia transferida: ∆E = E nivell final – E nivell inicial Si ∆E  0 procés absorció Si ∆E  0 procés d’emissió b) Càlcul de la longitud d’ona
  • 60. 60 Límitsde les series E=0 n= n=6 n=5 n=4 n=3 Energía creciente Nivells energètic de l'àtom d'hidrogen n=2 n=1 Serie de Lyman Serie de Balmer Serie de Paschen Serie de Brackett ELS ESPECTRES DISCONTINUUS L’equació experimental dels espectroscopistes permet mesurar l’energia de les transicions electròniques. L'energia que s’absorbeix o es desprèn quan un electró salta d’un nivell energètic a un altre del àtom. RH=1,097.107 m-1 Els espectres atòmics són una proba de la quantització de la matèria
  • 62. L’EXTENSIÓ DEL CARÀCTER DUAL A LA MATÈRIA
  • 63. 63 Calcula la longitud d’ona de DeBroglie associada, a: a) Una persona de 70 kg que es mou a 2 m/s b) Un electró de 9,1.10-31 kg de massa amb una rapidesa de 1000 m/s Molt menuda en relació a la grandària d’una persona, la qual cosa, evidència que el comportament ondulatori no és significatiu. Aplicació al càlcul de la longitud d’onda associada a) Per a la persona b) Per a el electró Unes 130000 vegades major que el radi de la primera órbita de Böhr; en conseqüència per estudiar el comportament de l’electró, a l’àtom, es fonamental el seu caràcter ondulatori.
  • 64. NATURALEZA DUAL DE LA MATÈRIA
  • 65. CONFIRMACIÓ EXPERIMENTAL: DIFRACCIÓ DE PARTÍCULES CONCLUSIÓ
  • 66. FONAMENTS DE LA FÍSICA QUÀNTICA La discontinuïtat Certes magnitudsfísiques, com l’energia, relacionadesambelssistemesatòmicsestan “quantitzades”. Això significa que noméspoden prendre valors que són múltiples d’una quantitat mínima indivisible. La doble natura de l’electró El comportament de l’electró en certsfenòmenss’explicasobre la base del model ondulatori, mentre que per a d’altres s’usa el model corpuscular, però mai no es manifesten comportaments en què es precisen simultàniament ambdós models.
  • 67. La indeterminació (principi d’indeterminació) No es pot determinar simultàniamentambprecisió absoluta la posició i el moment lineal d’una partícula
  • 69. Conseqüències El principid’indeterminació es refereix a la impossibilitat de mesurar al mateix temps amb exactitud dues magnituds d’acció (posició-quantitat de moviment, energia-temps) i és una conseqüència de la natura dual (ona-corpuscle) de la matèria, la qual cosa implica que no hi ha trajectòriesdefinides de partículessubatòmiques. Les relacions d'indeterminació permeten saber quan cal el tractament quàntic d’un sistema i quan n’hi ha prou amb el tractament clàssic. En efecte, triem dues magnituds rellevants, f i g, del sistema el producte del qual tinga les unitats de la constant de Planck (Js) i apliquem la regla següent:
  • 70.
  • 71. 71 LA INTERPRETACIÓ DE COPENHAGUE Microscopis d’efecte túnel Niels Böhr El làser Qualsevol teoria sobre el comportament de les entitats quàntiques ha d’establir ELS MATEIXOS RESULTATS que la física clàssica quan s’apliquen a sistemes macroscòpics  Els efectes ondulatoris sols es manifesten en partícules de massa molt menuda (partícules subatòmiques) i no és observable en partícules de massa gran.  El comportament de la matèria atòmica es pot interpretar, algunes vegades, mitjançant la teoria corpuscular, y d’altres, a partir de la teoria ondulatòria, en funció de l’experiment utilitzat per observar-la. “no podem saber com és realment la natura, només podem conèixer com se’ns manifesta quan formem part d’un experiment” Cal aplicar el principi de complementarietat per interpretar el món quàntic:les idees de corpuscle i d’ona són complementàries i no es manifesten mai simultàniament. Aplicacions tecnològiques fonamentades en la física quàntica  Fonamentat en el caràcter quàntic de partícules subatòmiques, com l’electró, permet ampliar l’OBSERVACIÓ de la matèria, fins i tot, a escala atòmica.  La mecànica quàntica permet el desenvolupament d’una de les branques amb més expectatives: la nanotecnologia  Es fonamenta en la existència de nivells energètics quantificats en l’estructura atòmica.
  • 72. APLICACIONS DE LA MECÀNICA QUÀNTICA EL LÀSER Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation. EL MICROSCOPI ELÈCTRONIC
  • 73.
  • 74. LA PARADOXA DEL GAT DE SCHRÖNDINGER
  • 75. La repercussió social de la mecànica quàntica