Indica el límite de información que podemos obtener de un objeto cuántico debido a la doble naturaleza (onda-partícula) de la materia y la radiación.
“Es conceptualmente imposible conocer simultáneamente y con exactitud el momento lineal p=mv y la posición x de una partícula en movimiento.”
ΔxΔp=h/2π
h: constante de Planck
Δx: incertidumbre en la determinación de x
Δp: incertidumbre en la determinación de p
La imposibilidad de determinar la posición y la velocidad de un móvil en un instante dado impide definir el concepto de trayectoria; no tiene sentido hablar de órbitas electrónicas en los átomos.
Se conoce como efecto fotoeléctrico a la emisión de electrones (fotoelectrones) por las superficies metálicas cuando se iluminan con luz de frecuencia adecuada.
Existen tres hechos experimentales en este fenómeno que no pueden explicarse mediante la teoría electromagnética clásica:
La emisión tiene lugar sólo si la frecuencia f de la radiación supera una frecuencia mínima, propia de cada metal, llamada frecuencia umbral. Según la teoría clásica el efecto fotoeléctrico debía ocurrir para cualquier frecuencia de la luz siempre que esta fuera suficientemente intensa.
Si la frecuencia f es mayor que la frecuencia umbral el número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente. Sin embargo su energía cinética máxima es independiente de la intensidad de la luz, lo cual no tiene explicación en la teoría clásica.
El efecto fotoeléctrico es instantáneo, nunca se ha podido medir un retraso entre la iluminación del metal y la emisión electromagnética. Sin embargo, según la teoría clásica, si la intensidad de la luz es muy débil, debe existir un tiempo de retraso entre el instante en que la luz incide sobre la superficie metálica y la emisión de fotoelectrones.
Teoría cuántica de Einstein
Einstein explicó el efecto fotoeléctrico aplicando a la luz las ideas de Planck sobre la radiación térmica: la luz se propaga por el espacio transportando la energía en cuantos de luz, llamados fotones, cuya energía viene dada por la ecuación:
E=h∙f
Donde f es la frecuencia de la luz y h la constante de Planck. En la explicación dada por Einstein toda la energía del fotón se transmite a un electrón del metal. Cuando un fotón suficientemente energético choca con un electrón del metal, la energía del fotón se emplea en arrancar al electrón del metal y darle cierta energía cinética.
E=We+Ec
h∙f=h∙f0+mv2/2
We es la energía mínima que el electrón necesita para escapar de la superficie del metal. Se denomina trabajo de extracción y su valor es característico de cada metal.
Si la energía del fotón E=h∙f<We=h∙f0 (f<f0) el electrón no escapa, no se produce efecto fotoeléctrico.
Haz de fotones con frecuencia menor que la frecuencia umbral
Si la energía del fotón E=h∙f=We=h∙f0 (f=f0) estamos en la frecuencia umbral, frecuencia mínima para arrancar al electrón del metal.
Si la energía del fotón E=h∙f>We=h∙f0 (f>f0) el electrón escapa del metal con una determinada velocidad, con una energía cinética determinada Ec.
Haz de fotones con frecuencia mayor que la frecuencia umbral
A finales del siglo XIX aparecieron algunos fenómenos físicos experimentales que pusieron en duda las leyes clásicas aplicadas a la interacción entre la radiación electromagnética y la materia.
Tres de estos fenómenos fueron claves para el desarrollo de la denominada revolución científica: la radiación térmica del cuerpo negro (que se explica mediante la hipótesis de Planck), el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos.
Hipótesis de Planck
Se llama radiación térmica a la energía electromagnética que emite un cuerpo debido a su temperatura. Un cuerpo negro es el que es capaz de absorber todas las radiaciones que llegan a él y por tanto de emitir todas las longitudes de onda. Al aplicar las teorías clásicas a la radiación de cuerpo negro se obtenía que debería emitir energía infinita (catástrofe ultravioleta). La física clásica preveía una curva teórica de la radiación emitida por el cuerpo negro que no coincidía en absoluto con la realidad
En 1900 Max Planck, intentando resolver el problema, afirma que la energía emitida por un cuerpo negro no es continua ( como suponía la física clásica ), sino discreta, formada por cuantos de energía de frecuencia determinada.
Hipótesis de Planck: Los cuerpos emiten o absorben energía en forma de paquetes o cuantos de energía. La energía de un cuanto viene dada por:
E = h . f
Donde f es la frecuencia de la radiación y h es la constante de Planck, cuyo valor es:
