Efecto Fotoeléctrico y Ondas de De Broglie: Fundamentos de la Mecánica Cuántica

El efecto fotoeléctrico:

Consiste en la emisión de electrones por una superficie metálica cuando incide sobre ella luz de frecuencia suficientemente elevada.

Características:

• La energía de los electrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente.
• Los electrones se emiten de forma instantánea.
• La energía cinética máxima de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiación incidente.
• Por debajo de una frecuencia llamada frecuencia umbral, propia de cada metal, no existe emisión electrónica.

Las ondas de De Broglie:

De Broglie estudió las analogías existentes entre la mecánica clásica de las partículas y la de las ondas, y propuso una relación entre magnitudes consideradas corpusculares como la velocidad (v), la cantidad de movimiento (p) y la energía (E), y magnitudes propias de las ondas como la longitud de onda o la pulsación.

Cualquier partícula de masa m y velocidad v tiene una onda asociada de longitud de onda (λ).

Las ondas de De Broglie son electromagnéticas y se han denominado ondas de materia.

La mecánica ondulatoria:

Solo son posibles órbitas electrónicas estables cuya longitud sea un múltiplo entero de longitudes de onda de De Broglie. Esto posibilita que se formen ondas materiales estacionarias en las órbitas permitidas y el electrón que las ocupa no radia energía.

Erwin Schrödinger formuló una ecuación de ondas materiales y denominó a la magnitud variable de las ondas materiales función de onda.

Esta magnitud no puede observarse y carece de significado físico directo. La ecuación de ondas materiales describe el movimiento de cualquier partícula. Su resolución proporciona unas funciones matemáticas denominadas funciones propias de la partícula que llevan asociados unos valores permitidos de la energía de la misma (llamados valores propios).

Interpretación de las ondas materiales:

La posición de una onda solo se puede precisar con un orden de magnitud similar a la longitud de onda. Born interpretó esta limitación en términos de probabilidad de encontrar a la partícula en un espacio igual a su longitud de onda de De Broglie asociada.

La probabilidad, P, de que un objeto se encuentre en un sitio determinado siempre es positiva y varía entre 0 y 1.

La probabilidad de encontrar el cuerpo descrito por la función de onda en un punto del espacio (x, y, z) y en un instante t, es proporcional al valor de la función de onda en ese punto y en ese momento.