Conceptos Esenciales de la Física Cuántica y Nuclear
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Principios Fundamentales de la Física Moderna
Postulados de Einstein
Los postulados de la Teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein son la base para comprender el comportamiento del espacio y el tiempo a altas velocidades:
- Todas las leyes de la física se cumplen por igual en todos los sistemas de referencia inerciales. Al precisar "todas", Einstein se refiere tanto a las leyes del electromagnetismo como a las de la óptica.
- La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los sistemas de referencia inerciales y es independiente del movimiento relativo que existe entre la fuente emisora de luz y el observador.
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg, un pilar de la mecánica cuántica, establece limitaciones fundamentales en la precisión con la que se pueden conocer ciertas propiedades de las partículas:
- No es posible determinar a la vez el valor exacto de la posición y el momento lineal de un objeto cuántico.
- No es posible determinar a la vez el valor exacto de la energía de un objeto y el tiempo que se requiere para medirla.
Fenómenos y Leyes de la Radiación
Catástrofe Ultravioleta
La Catástrofe Ultravioleta fue un problema teórico en la física clásica que surgió al intentar explicar la radiación del cuerpo negro:
- Según la ley de Rayleigh-Jeans, la radiación emitida por un cuerpo negro debía aumentar indefinidamente a medida que disminuía la longitud de onda, lo que contradecía las observaciones experimentales en el rango ultravioleta.
Cuerpo Negro y Radiación Térmica
Un Cuerpo Negro es un objeto ideal que absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él. Cuando un objeto se calienta, su color cambia a consecuencia de la temperatura a la que se encuentra; este fenómeno se conoce como radiación térmica.
Ley de Stefan-Boltzmann
La ley de Stefan-Boltzmann es una ley empírica que describe la potencia total radiada por un cuerpo negro:
- Estableció que la energía emitida por un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de superficie era directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta a la que se producía la emisión.
Ley de Desplazamiento de Wien
La ley de Desplazamiento de Wien relaciona la temperatura de un cuerpo negro con la longitud de onda de la radiación que emite con mayor intensidad:
- El cuerpo emite radiación de toda una serie de longitudes de onda.
- La intensidad de la radiación emitida aumenta con la temperatura.
- A medida que se eleva la temperatura, se aprecia una zona del espectro en que la intensidad de las radiaciones emitidas es mayor.
- La longitud de onda de la radiación que se emite con mayor intensidad es menor cuanto mayor es la temperatura absoluta del cuerpo.
Efecto Fotoeléctrico
El Efecto Fotoeléctrico es un fenómeno cuántico crucial para el desarrollo de la física moderna:
- Es el fenómeno por el cual la luz, al incidir sobre un metal, le arranca electrones.
- No se explica por las teorías clásicas: la energía cinética máxima de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz.
- Según las leyes de las ondas clásicas, debería producirse el efecto fotoeléctrico a cualquier frecuencia, lo cual no ocurre en la realidad.
Reacciones Nucleares Fundamentales
Fisión Nuclear
La Fisión Nuclear es un proceso en el que un núcleo atómico pesado se divide:
- La fisión ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos como neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).
Fusión Nuclear
La Fusión Nuclear es el proceso opuesto a la fisión, donde núcleos ligeros se unen:
- Es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado.
- Se acompaña de la liberación o absorción de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.