Departamento Editorial
Física 2010
Clase: Teoría atómica Propiedad Intelectual Cpech
Síntesis de la clase Corriente Corriente Alterna Alterna
Continua Continua
Ondas Ondaselectromagnéticas electromagnéticas emitidas emitidas por: por:
…que …queforman: forman:
Circuitos CircuitosLC LC se secompara compara con: con:
M.A.S. M.A.S.
forman formanel: el:
Espectro Espectro electromagnético electromagnético
Circuitos CircuitosRC RC puede puedeocurrir: ocurrir:
Resonancia Resonancia
cargas cargaseléctricas eléctricas aceleradas aceleradas hacen hacen variar: variar:
Campo Campo eléctrico eléctrico
Campo Campo magnético magnético
Objetivos
Al término de la unidad, usted deberá:
Conocer los primeros modelos atómicos.
Conocer el principio de incertidumbre.
Átomo En el siglo V a.C., el filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda la materia estaba formada por partículas muy pequeñas e indivisibles a las que llamó átomos (‘sin división’).
Demócrito
Fuente: Kalipedia.com Fuente: estudiarfisica.wordpress.com
Los átomos de Dalton
Dalton publicó su teoría atómica, en la que postuló que: Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos. Todos los átomos de un elemento químico dado son idénticos en su masa y demás propiedades.
John Dalton Fuente: 1.bp.blogspot.com
Los átomos de Dalton
Los átomos de diferentes elementos químicos son distintos. En particular, sus masas son diferentes.
Los átomos son indestructibles y mantienen su identidad en los cambios químicos
Fuente: 3.bp.blogspot.com Fuente: kalipedia.com
Modelo atómico de Thomsom
Joseph Thomson cambió dramáticamente la visión moderna del átomo con el descubrimiento del electrón. Thomson propuso que el átomo estaba formado por un conjunto de electrones incrustados en una masa esférica de densidad uniforme y carga positiva, de manera que el conjunto era neutro y estable.
AlAlmodelo modelololo llamaron llamaron “el “elbudín budínde depasas” pasas”
Joseph Thomson Fuente: kalipedia.com
Experimento de Rutherford
Ernest Rutherford ejecutó una serie de experimentos con partículas α. La experiencia más importante consistió en bombardear una finísima lámina de oro con estas partículas la cuales finalmente eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de zinc.
Ernest Rutherford
4 Las Laspartículas partículasααson sonnúcleos núcleosde deHelio Helio((4He He))formados formadospor por dos dosprotones protonesyydos dosneutrones, neutrones,siendo siendosu sucarga cargapositiva. positiva.
Experimento de Rutherford El resultado del experimento fue sorprendente: algunas partículas atravesaban la lámina sin desviarse o eran desviadas en pequeños ángulos. Otras eran dispersadas en ángulos bastante grandes, incluso en 180°. Rutherford dedujo que dentro del átomo tendría que haber un objeto con carga positiva y con la masa suficiente para que las pesadas partículas α no lo hicieran a un lado. Había descubierto el núcleo atómico. Partículas α
Núcleo
Átomos de oro Fuente: sun.menloschool.org
Modelo atómico de Rutherford
Rutherford propuso que el átomo consistía en un pequeño y denso núcleo de partículas cargadas positivamente en el centro (o núcleo), rodeado por un remolino de electrones.
Es neutro, porque el número de electrones es igual al de protones.
Fuente. Kalipedia.com
Limitaciones del modelo de Rutherford
Toda partícula acelerada, como es el caso del electrón cuando gira describiendo una órbita, emite energía en forma de radiación electromagnética. En consecuencia, el electrón pierde energía en forma continua, provocando un movimiento cada vez más veloz y a distancias del núcleo cada vez más cortas, hasta que finalmente termina precipitándose en el núcleo (catástrofe atómica).
Fuente: Genios e inventos (youtube.com)
La tercera partícula fundamental: el neutrón
James Chadwick
El descubrimiento de esta tercera partícula fundamental no fue descubierta hasta el 1.932 por el físico inglés James Chadwick, la dificultad de su descubrimiento debía a que ésta partícula carecía de carga eléctrica. Su descubrimiento resolvió el problemas de la radiación alfa y una mejora del modelo atómico de Rutherford, que quedó completado en los siguientes términos:
Los átomos constan de núcleos muy pequeños y sumamente densos, rodeados de una nube de electrones a distancias relativamente grandes de los núcleos. Todos los núcleos contienen protones. Los núcleos de todos los átomos, con excepción de la forma más común de hidrógeno, también contienen neutrones.
Postulado de Planck
La materia está formada por partículas que oscilan, emitiendo energía en forma de radiación electromagnética. La energía que emiten estas partículas no puede tener cualquier valor, sino tan sólo algunos valores que son múltiplos de una cantidad discreta de energía (paquetes de energía), llamada cuanto. El valor de un cuanto es directamente proporcional a la frecuencia de la radiación emitida.
Ecuanto = h ×f E cuanto = energía de un cuanto . f = frecuencia de la radiación emitida. h = constante de Planck, cuyo valor es 6,63∙10-34 [J∙s]
Max Planck
Modelo atómico de Bohr
Niels Bohr propone un nuevo modelo atómico, en el que se mantiene la estructura planetaria propuesta por Rutherford, pero se utilizan los principios cuánticos sobre la emisión de energía, introduciendo una serie de condiciones sobre el comportamiento del electrón. Niels Bohr
Para Pararealizar realizar su sumodelo, modelo,utiliza utilizaelel átomo átomo de de hidrógeno hidrógeno con con un un protón protónen enelelnúcleo núcleoyygirando girandoaasu su alrededor alrededorun unelectrón. electrón. Fuente: 4.bp.blogspot.com
Bohr aplica la hipótesis cuántica realizada por Planck en 1900.
Modelo atómico de Bohr
El electrón se mueve siguiendo órbitas circulares alrededor del núcleo, llamadas órbitas electrónicas.
Cada una de éstas, corresponde a un nivel de energía permitido, es decir, la energía del electrón dentro del átomo está cuantificada y bien definida.
El átomo tiene siete órbitas. hf
Mientras más cercano esté el electrón al núcleo, menos cuantos de energía necesita para describir esa órbita.
Modelo atómico de Bohr
Los niveles de energía permitidos al electrón son aquellos en los que su momento angular (L = m ∙ v ∙ r ) es un múltiplo entero de h/2π.
h L = mvr = n 2π m = masa v = velocidad del electrón r = radio de la órbita Fuente: kalipedia.com h = constante de Planck n = 1,2,3,… correspondiente al número cuántico principal. SiSin=1 n=1, ,elelelectrón electrónestá estáen enelelestado estadofundamental, fundamental,mínimo mínimoestado estadoque quepuede puedealcanzar. alcanzar.
Modelo atómico de Bohr
Los niveles de energía permitidos al electrón son aquellos en los que su momento angular (L = m ∙ v ∙ r ) es un múltiplo entero de h/2π.
h L = mvr = n 2π m = masa v = velocidad del electrón r = radio de la órbita h =Fuente: 6,kalipedia.com 63 × 10 −34 h = constante de Planck n = 1,2,3,… correspondiente al número cuántico principal.
[ J ⋅ s]
SiSin=1 n=1, ,elelelectrón electrónestá estáen enelelestado estadofundamental, fundamental,mínimo mínimoestado estadoque quepuede puedealcanzar. alcanzar.
Interpretación de los espectros atómicos
Mientras el electrón permanece en una de estas órbitas “permitidas”, no se emite energía. Cuando el electrón baja de un nivel energético mayor a uno menor, libera energía en forma de luz. Cuando el electrón sube de nivel, absorbe energía
∆E = E f − Ei = h ⋅ f Cuando Cuandoun unelectrón electróncambia cambiade deestado, estado, se setienen tienendos dosposibilidades: posibilidades: absorber absorberoodesprender desprenderenergía. energía.
Fuente: corriere.it
Incerteza clásica
Ninguna medición tiene precisión absoluta; hay incertidumbre asociada con cada medición. La incertidumbre surge por diversos motivos. Entre los más importantes, además de los errores, están la exactitud limitada de todo instrumento de medición y la incapacidad de interpretar una medida menor que la mínima proporcionada por el instrumento. Por Porejemplo, ejemplo,sisiusara usarauna unaregla reglapara paramedir medirelel ancho ancho de de un un tablero tablero en en centímetros, centímetros, podría podría decir decir que que su su resultado resultado es es exacto exacto hasta hasta 0.1 0.1 [cm], [cm],lalamínima mínimadivisión divisiónde delalaregla. regla.Luego, Luego,lala incertidumbre incertidumbreestimada estimadaes es±±0.1[cm]. 0.1[cm].
Fuente: bfotos.com
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula, por ejemplo, un electrón. En forma similar, existe incertidumbre al medir la energía E de una partícula en un instante t.
h ∆x ⋅ ∆p ≥ 2π
h ∆E ⋅ ∆t ≥ 2π
Características: Es una consecuencia de la dualidad onda-partícula de la radiación y de la materia. Sus resultados se expresan en términos de probabilidades. Significativo solo para dimensiones pequeñas, como las partículas elementales de la materia. Las partículas, en su movimiento, no tienen asociada una trayectoria definida como lo tienen en la física newtoniana.
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula, por ejemplo, un electrón. En forma similar, existe incertidumbre al medir la energía E de una partícula en un instante t.
h ∆x ⋅ ∆p ≥ 2π
h ∆E ⋅ ∆t ≥ 2πcerteza cuanta cuantamayor mayor certezase sebusca busca
en en determinar determinar lala posición posición de de una una partícula, partícula, menos menos se se Características: conoce conoce su su cantidad cantidad de de movimiento lineal movimiento linealy,y,ypor por tanto, Es una consecuencia de la dualidad onda-partícula de la radiación detanto, la su suvelocidad velocidad materia.
Sus resultados se expresan en términos de probabilidades. Significativo solo para dimensiones pequeñas, como las partículas elementales de la materia. Las partículas, en su movimiento, no tienen asociada una trayectoria definida como lo tienen en la física newtoniana.
Síntesis de la clase
∆x ⋅ ∆p ≥
h 2π
Soluciones de la guĂa: PREGUNTA
ALTERNATIVA
HABILIDAD
1
C
Conocimiento
2
B
Conocimiento
3
A
Conocimiento
4
D
Conocimiento
5
D
Conocimiento
6
A
Conocimiento
7
E
Conocimiento
8
D
Conocimiento
9
B
Conocimiento
10
A
Conocimiento
Soluciones de la guía: PREGUNTA
ALTERNATIVA
HABILIDAD
11
A
Conocimiento
12
B
Conocimiento
13
D
Conocimiento
14
E
Conocimiento
15
E
Aplicación
16
D
Análisis
17
E
Conocimiento
18
C
Conocimiento
19
A
Conocimiento
20
D
Conocimiento
Prepara tu próxima clase
Durante la próxima clase revisaremos los contenidos relacionados con:
Núcleo atómico desde la página 90 hasta la página 102 de tu libro Cpech (Plan electivo de Física).