Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Los cuantos de energía son uno de los fundamentos de la más conocida de la Física Cuántica . Para entenderlo mejor, primero entenderíamos la necesidad de esta nueva física. La Física Newtoniana o la Física Clásica, ya establecida y muy famosa, sí respondió a muchas preguntas que preocupaban a la humanidad, pero tenía sus propias limitaciones.
¿Por qué fracasó la física clásica?
El modelo anterior de un átomo sugerido por Ernest Rutherford era muy parecido al sistema planetario donde los electrones orbitan el núcleo como los planetas orbitan el sol. La aplicación de la física clásica al modelo sugiere el equilibrio de la fuerza de atracción de Coulombic entre el electrón y el núcleo, y la fuerza centrífuga que actúa hacia afuera. Se formularon muchos parámetros utilizando esta ecuación de equilibrio de fuerzas.
Sin embargo, según la teoría electromagnética establecida , una partícula cargada acelerada emite radiación electromagnética. Ahora bien, si un cuerpo emite radiación electromagnética, pierde su energía y, por lo tanto, la energía de un electrón en órbita se reducirá y finalmente caerá en el núcleo, lo que ciertamente no es el caso. Este gran defecto de la física clásica allanó el camino para una nueva física conocida como física cuántica .
Aunque la Física Clásica no pudo explicar esto, da excelentes resultados en las consideraciones generales del día a día. Por lo tanto, su aplicación se limita a cosas mucho más grandes que un átomo y también mucho más lentas que la luz.
Introducción a Quanta
A principios de la década de 1900, un físico alemán, Max Planck, estaba estudiando las radiaciones emitidas por un cuerpo negro y, para explicarlo completamente, se le ocurrió esta teoría de la cuantificación. Fue el primero en hablar de cuantificación. Según él, las radiaciones electromagnéticas solo pueden emitirse de forma discreta y no continua. Por lo tanto, sugirió que todas las radiaciones electromagnéticas, y por lo tanto también la luz, se emiten en ciertos paquetes de energía que llamó » cuantos » o, más precisamente , cuantos de energía . Por lo tanto, asoció la energía de una radiación con la frecuencia ‘f’ como:
E = hf
Donde, E es la energía asociada, h es la constante de Planck (= 6.626 × 10 -34 Joule – segundo)
Por lo tanto, la energía solo se puede transferir de manera cuantificada, es decir, en múltiplos integrales de la constante de Planck únicamente. Posteriormente, el efecto fotoeléctrico de Einstein también llevó a la misma conclusión. Amplió la idea de Planck y dijo que no solo se cuantifica la emisión o absorción, sino la energía misma.
El origen mismo de los cuantos de energía se puede atribuir al modelo de átomo más desarrollado por Neil’s Bohr.. Aplicó la idea de Planck a la física atómica y dio un modelo en el que los electrones orbitan el núcleo pero en órbitas distintas y fijas. Una órbita fija implica una energía fija y, por lo tanto, no hay caída de electrones en el núcleo. La órbita se define como un nivel de energía en el que los electrones permanecen y se les permite transitar de un nivel a otro. El nivel de cerca del núcleo tiene una energía más baja en comparación con el lejano. Así, si un electrón cae de un nivel superior a uno inferior obtenemos una energía igual a la diferencia de los dos niveles y un electrón solo saltará a un nivel superior si se le proporciona una energía igual a la diferencia. Esto se conoce como salto cuántico. Si aportamos energía menor a la diferencia, se mantendrá en el mismo nivel.
Este modelo también explicó los patrones espectrales únicos exhibidos por diferentes elementos. Se encuentra que la energía correspondiente a cada color en el patrón es la misma que la diferencia en el nivel de energía de varias órbitas. Cuanto más alto sea el salto, es decir, el salto de órbita más alto es la energía asociada y más cerca de su color del extremo violeta del espectro en el patrón espectral. Si no hubiera habido niveles fijos de energía, los espectros emitidos por un átomo excitado serían continuos de rojo a violeta, lo que ciertamente no es el caso. Por tanto, el modelo de Bohr explicaba la discreción de la energía.
