By El experimento de Thomson Thomson preparó su tubo con un cuidado extremo, consiguiendo el mejor vacío del que fue capaz e incluyendo dos placas dentro que servir[an para generar un campo eléctrico. La sección del tubo usado para el experimento es la siguiente: Sección del tubo con el campo eléctrico activado. Los rayos salían del cátodo, atravesaban el ánodo, cruzaban la región en la que podían activarse tanto el campo eléctrico como el magnético y terminaban en el lado opuesto del tubo. En esta parte final, Thomson dibujó una serie de señales para medir la desviación de los rayos.
El campo magnético era generado por unos electroimanes exteriores al tubo. p Gracias al vacío conse ver cómo los rayos c campo eléctrico. Ade había demostrado qu eran indivisibles, al c investigadores. uido or Thomson en su tubo, pudo a car r la acción del anterior, ya uminosidad ban algunos Carga del electrón (Millikan) En 1911 Millikan realizó su famoso experimento de la gota de aceite. Dicho experimento consistió en dejar caer gotas de aceite desde una cierta altura. Las gotas, como es lógico, caían por efecto de su peso, debido a la gravedad terrestre.
Sin embargo, si al mismo iempo se conectaba un campo eléctrico dirigido hacia arriba se producía una fuerza eléctrica de repulsión que tendía a hacer que la gota se moviera hacia arriba. En función del tamaño de la gota y de la fuerza eléctric eléctrica podían ocurrir tres cosas: a Si la fuerza de atracción de la Tierra (el peso) de la gota era mayor que la de repulsión eléctrica, la gota seguía cayendo, aunque a menor velocidad. a Si la fuerza de repulsión eléctrica era mayor que el peso, la gota de aceite invertía el sentido de su movimiento y subía.
Si ambas fuerzas se igualaban la gota permanecía quieta en el ire. Experimento de Rutherford En 1911 se realizó en Manchester una experiencia encaminada a corroborar el modelo atómico de Thomson. Fué llevada a cabo por Geiger, Marsden y Rutherford, y consistía en bombardear con partículas alfa (núcleos del gas helio) una fina lámina de metal. El resultado esperado era que las part[culas alfa atravesasen la fina lámina Sin apenas desviarse. Para observar el lugar de choque de la partícula colocaron, detrás y a los lados de la lámina metálica, una pantalla fosforescente.
Las partículas alfa tienen carga eléctrica positiva, y serian atraídas or las cargas negativas y repelidas por las cargas positivas. Sin embargo, como en el modelo atómico de Thomson las cargas positivas y negativas estaban distribu[das uniformemente, la esfera debla ser eléctricamente neutra, y las partículas alfa pasarían a través de la lámina sin desviarse. Sin embargo, los resultados fueron sorprendentes. Tal y como esperaban, la mayor parte de las partículas atravesó la lámina sin desviarse. pero algunas sufrieron desviaciones grandes y, lo más importante, un pequeño número de partículas rebotó hacia atrás.
El descubrimiento del neutrón Mediante diversos 2 de particulas rebotó hacia atrás. Mediante diversos experimentos se comprobó que la masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, el físico E. Rutherford supuso que tenia que haber otro tipo de partícula subatómica en el interior de los átomos. Estas partículas se descubrieron en 1932 por el físico J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. El hecho de no tener carga eléctrica hizo muy difícil su descubrimiento.
Los neutrones son part[culas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón. Dualidad onda-partícula. Teoría de De Broglie I Inicio I Tutorial anterior Tutorial posterior I Ejercicios I En el mundo macroscópico resulta muy evidente la diferencia entre una particula y una onda; dentro de los dominios de la mecanica cuántica, las cosas son diferentes. Un conjunto de partículas, como un chorro de electrones moviéndose a una determinada velocidad puede comportarse según todas las propiedades y atributos de una onda, es decir: puede reflejarse, refractarse y difractarse.
Por otro lado, un rayo de luz puede, en determinadas circunstancias, comportarse como un chorro de partículas fotones)con una cantidad de movimiento bien definida. Asi, al incidir un rayo de luz sobre la superficie lisa de un metal se desprenden electrones de éste (efecto fotoeléctrico). La energía de los electrones arrancados al metal depende de la frecuencia de la luz Incidente y de la propia naturaleza del metal. Según la hipótesis de De Broglie, cada partícula en movimie 3 y de la propia naturaleza del metal.
Según la hipótesis de De Broglie, cada partícula en movimiento lleva asociada una onda, de manera que la dualidad onda- partícula puede enunciarse de la siguiente forma: una partícula de asa m que se mueva a una velocidad v puede, en condiciones experimentales adecuadas, presentarse y comportarse como una onda de longitud de onda, R. La relación entre estas magnitudes fue establecida por el fisico francés Louis de Broglie en 1924. cuanto mayor sea la cantidad de movimiento (mv) de la partícula menor será la longitud de onda y mayor la frecuencia (v) de la onda asociada.
Principio de Incertidumbre «Principio de Incertidumbre de Heisenberg», principio que revela una característica distinta de la mecánica cuántica que no existe en la mecánica newtoniana. Como una definición simple, odemos señalar que se trata de un concepto que describe que el acto mismo de observar cambia lo que se está observando. En 1927, el físico alemán Werner Heisenberg se dio cuenta de que las reglas de la probabilidad que gobiernan las partículas subatómicas nacen de la paradoja de que dos propiedades relacionadas de una partícula no pueden ser medidas exactamente al mismo tiempo.
Por ejemplo, un observador puede determinar o bien la posición exacta de una partícula en el espacio o su momento (el producto de la velocidad por la masa) exacto, pero nunca ambas cosas simultáneamente. Cualquier ntento de medir ambos resultados conlleva a imprecisiones. Cuando un fotón emitido por una fuente de luz colisiona con un electrón (turquesa), el i 4 7 imprecisiones. electrón (turquesa), el impacto señala la posición del electrón. En el proceso, sin embargo, la colisión cambia la velocidad del electrón.
Sin una velocidad exacta, el impulso del electrón en el momento de la colisión es imposible de medir. Según el principio de incertidumbre, el producto de esas incertidumbres en los cálculos no puede reducirse a cero. La precisión máxima está limitada por la siguiente expresión: DX Op mayor o igual que h/2C] Heisenberg ejemplificaba su hallazgo del principio de incertidumbre que hemos sintetizado arriba, analizando la capacidad de resolución de un microscopio. Imaginemos que miramos una pequeña partícula al microscopio.
La luz choca con la partícula y se dispersa en el sistema óptico del microscopio. La capacidad de resolución del microscopio (las distancias más pequeñas que puede distinguir) se halla limitada, para un sistema óptico concreto, por la longitud de onda de la luz que se utilice. Evidentemente, no podemos ver una partícula y determinar su osición a una distancia más pequeña que esta longitud de onda; la luz de longitud de onda mayor, simplemente se curva alrededor de la partícula y no se dispersa de un modo sign’ficativo.
Por tanto, para establecer la posición de la partícula con mucha precisión hemos de utilizar una luz que tenga una longitud de onda extremadamente corta, más corta al menos que el tamaño de la partícula. Pero, como advirtió Heisenberg, la luz también puede concebirse como una corriente de part advirtió Heisenberg la luz también puede concebirse como una corriente de partículas (cuantos de luz denominados fotones) y el omento de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda.
Así, cuanto más pequeña sea la longitud de onda de la luz, mayor será el momento de sus fotones. Si un fotón de pequeña longitud de onda y momento elevado golpea la partícula emplazada en el microscopio, transmite parte de su momento a dicha part[cula; esto la hace moverse, creando una incertidumbre en nuestro conocimiento de su momento. Cuanto más pequeña sea la longitud de onda de la luz, mejor conoceremos la posición de la partícula, pero menos certidumbre tendremos de su momento lineal.
Ecuación de Schrõdinger En 1924, un teórico francés, Louis de Broglie, sugirió que los electrones dentro de los átomos podían ser descritos no sólo como partículas, como lo había planteado Niels Bohr algunos años antes, sino también como ondas. Schrõdinger, dos años después, elaboró ese concepto y le dio forma matemática al descubrir la ecuación que lleva su nombre. Argumentó que los electrones no eran objetos que orbitaran el nucleo, sino que más bien, de alguna forma, se transformaban en ondas.
Eliminando el electrón como partícula, Schródinger afirmó que los cambios en la emisión de energía eran causados no por os saltos interorbitales de los electrones, como había dicho Bohr, sino por cambios de un tipo de esquema y frecuencia de onda a otro. Muchos ffsicos abrazaron esta teoría de la mecánica ondulatoria, puesto que era considerablemente más fácil de visualizar. de la mecánica ondulatoria, puesto que era considerablemente más fácil de visualizar. Con el avenimiento de la mecánica cuántica en 1927, se articularon la hipótesis de Louis de Broglie y el principio de indeterminación de Heisenberg. ara aplicar el carácter ondulatorio del electrón, se define na función de onda, C], y utilizando la ecuación de onda de Schrõdinger, que matemáticamente es una ecuación diferencial de segundo grado, es decir, una ecuación en la cual Intervienen derivadas segundas de la función n: Al resolver la ecuación diferencial, se obtiene que la función depende de una serie de parámetros, que se corresponden con los números cuánticos, tal y como se define en el modelo atómico de Bohr. La ecuación sólo se plasmará cuando esos parámetros tomen determinados valores permitidos (los mismos valores que se indicaron para el modelo de Bohr).
Por otro lado, el cuadrado de la función de ondas 02, corresponde a la probabilidad de encontrar al electrón en una región determinada, con lo cual se está introduciendo en el modelo el principio de incertidumbre de Heisenberg. Por ello, en este modelo aparece el concepto de orbital (reglón del espacio en la que hay una alta probabilidad de encontrar al electrón) No debe confundirse el concepto de orbital con el de órbita, que corresponde al modelo de Bohr: una órbita es una trayectoria perfectamente definida que sigue el electrón, y por tanto es un concepto muy alejado de la mecánica probabilística.
