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La fisica moderna y el atomo

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by

Douglas Mejia Trochez

on 21 May 2014

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Transcript of La fisica moderna y el atomo


1

Daniela Vasquez
Kerlin Cruz
Hugo Mejia
Luis Canales
Luis Erazo

El Átomo de Rutherford
Orbitas Electrónicas
Por ejemplo, el átomo de hidrógeno esta formado por solo un protón y un electrón. De esta forma, el electrón permanece en una orbita constante alrededor del núcleo. A una distancia
r
del núcleo, la fuerza de atracción sobre el electrón se encuentra aplicando la ley de coulomb.
Espectro Atómico
Laser y Luz Laser
Gracias al trabajo de Bohr ahora tenemos la imagen de un átomo en la cual los electrones en las orbitas pueden ocupar ciertos niveles energéticos. Para calcular la energía total en el nivel n-esimo se usa esta formula


Niveles de Energía
La Fisica Moderna y el Atomo
Ernest Rutherford llevo a cabo un experimento en el que bombardeo una lamina delgada de metal con un flujo de partículas alfa. En el experimento, algunas se desviaron ligeramente, pero la mayoría penetro fácilmente la lamina. Para sorpresa de el, algunas se desviaron en ángulos extremos, incluso hacia atrás.
Rutherford explico estos resultados diciendo que toda la carga positiva de una átomo se concentraba en una región, llamada el núcleo del átomo.
Rutherford recibió el crédito por haber descubierto el núcleo, ya que fue capaz de desarrollar formulas para predecir la dispersión de las partículas alfa.
El Átomo de Bohr
Por la ley de coulomb sabemos que los electrones tendrían que ser atraídos hacia el núcleo. Una explicación seria que se movieran en círculos alrededor de el. La fuerza centrípeta necesaria seria dada por la atracción de coulomb.
-e
+e
Para una orbita estable, esta fuerza debe ser exactamente igual a la fuerza centrípeta:
Si se iguala Fe=Fc tenemos:
Al resolver para el radio r se obtiene:
De acuerdo con la teoría clásica, con esta ecuación debería ser posible predecir el radio orbital del electrón.
Todas las sustancias irradian ondas electromagnéticas cuando se calientan. Estas ondas se analizan mediante un espectrómetro, el cual usa un prisma o una rejilla de difracción para organizar la radiación en un patrón llamado espectro.

Los principales tipos de espectro son:
Espectro continuo
Espectro de absorción
Espectro de emisión
Desde 1884, Johann Balmer encontró una relación matemática para predecir las longitudes de onda, es decir, las lineas en el espectro. Su formula es:
La primera teoría satisfactoria para explicar el espectro de lineas del átomo de hidrógeno fue postulada por Niels Bohr en 1913.

El fundamento del primer postulado de Bohr se puede analizar en términos de las longitudes de onda estudiadas por "de Broglie". Las condiciones para la presencia de dichas ondas estacionarias se obtiene de:


E l numero n, llamado el
numero cuántico principal
, puede tomar los valores n=1,2,3...
El segundo postulado de Bohr impone todavía mas restricciones a la teoría atómica mediante la incorporación de la teoría cuántica.

Si un electrón cambia de una orbita estable a cualquier otra, pierde o gana energía.
En forma de ecuación el segundo postulado de Bohr se expresa así:

Determine la longitud de onda de un fotón emitido por un átomo de hidrógeno cuando el electrón salta del primer estado excitado al estado base.
El láser es una de las aplicaciones mas útiles que se apoyan en la física cauntica y en el estudio del átomo.
Hay tres formas en las que los fotones pueden interactuar con la materia:
absorción
emisión espontánea
emisión estimulada
La
absorción
de un fotón puede excitar a un átomo, elevando un electrón a un nivel energético superior.
Dicho electrón se encuentra en un "estado excitado", pero luego se caerá a su nivel original y causara lo que se llama
emisión espontánea
.
La
emision estimulada
ocurre cuando un atomo esta en estado excitado y un segundo foton incide sobre el atomo. Esto causaria que el electron caiga a su nivel mas bajo y que emita un segundo foton de la misma energía.
El láser de helio-neon se encuentra con frecuencia en los laboratorios de física. Se aplica un alto voltaje a una mezcla a baja presión de helio y neón confinada en un tubo de vidrio. Ambos extremos del tubo están recubiertos de plata y tienen la textura de espejos que reflejen los fotones hacia uno y otro lado. Un extremo se plantea solo parcialmente de modo que algunos fotones puedan escapar del tubo y formen un haz laser.
Problema
Determine la energía de un electrón en el estado base para un átomo de hidrógeno.

Una unidad mas conveniente para medir la energía en el nivel atómico es el electron-volt (eV)
también esta el megaelectron-volt (MeV)
La energia del electron en estado base puede expresarse en electron-volts de la forma siguiente:
Teoría Atómica Moderna
En estos últimos años, se ha hecho necesaria una teoría mucho mas detallada. El modelo del electrón como una partícula puntual que se mueve en orbitas circulares perfectas no explica gran numero de fenómenos atómicos. Los números cuánticos adicionales se han establecido para describir la forma y la orientación de la nube de electrones alrededor del núcleo. El estudio de los átomos es de gran complejidad, se necesitan de las mentes mas brillantes para su comprensión.
Con la ecuación de Balmer, determine la longitud de onda de una linea del espectro cuando esta linea se presenta n=3.
Problema
Formula:
Cuando el átomo de hidrógeno se encuentra es su estado base estable, el numero cuántico
n
es igual a 1Los posibles estados excitados están dados por n=2,3,4
Formula:
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