Explorando los Pilares de la Física Moderna: De la Radiación a la Cuantización

Conceptos Fundamentales en Física

Actividad Radiactiva

La actividad se define como el número de núclidos que se desintegran por unidad de tiempo. Su valor depende del tipo de núclido y del número de núclidos presentes en la muestra.

Defecto de Masa

El defecto de masa se refiere a la diferencia entre la masa de un núcleo y la suma de las masas de sus nucleones constituyentes. Al medir la masa de un núcleo, se observa que es ligeramente inferior a la suma individual de sus protones y neutrones; esta diferencia es el defecto de masa, que se convierte en energía de enlace según la ecuación de Einstein (E=mc²).

Hipótesis de De Broglie

Después de que se estableciera la doble naturaleza de la luz (onda-partícula), De Broglie sugirió que la naturaleza debía regirse por leyes simétricas. Afirmó que toda partícula material que se mueve con una velocidad v tiene una longitud de onda asociada, dada por la expresión:

λ = h / (m · v)

Donde λ es la longitud de onda, h es la constante de Planck, m es la masa de la partícula y v es su velocidad.

Fenómenos de Emisión Radiactiva

Procesos de Emisión Radiactiva

• Emisión Alfa (α): Cuando un núclido emite una partícula alfa (núcleo de helio-4), se transforma en otro núclido cuyo número atómico desciende en dos unidades y su número de masa en cuatro.
• Emisión Beta (β): Cuando un núclido emite una partícula beta (electrón o positrón), se transforma en otro núclido cuyo número atómico aumenta (β-) o disminuye (β+) en una unidad, y su número de masa no varía.
• Emisión Gamma (γ): Cuando un núclido emite radiación gamma (fotones de alta energía), el núclido no cambia su identidad (número atómico o de masa), sino que pasa de un estado excitado a un estado de menor energía.

Teorías de la Luz y la Radiación Electromagnética

Modelos Históricos de la Luz

• Huygens: Propuso que la luz se propaga como una onda mecánica a través de un medio ideal, al que denominó éter.
• Newton: Sostuvo que la luz estaba formada por partículas materiales (teoría corpuscular), lo que implicaba que no debería producir fenómenos como la interferencia ni la difracción.

Teoría Electromagnética de Maxwell

Como consecuencia de su teoría electromagnética, Maxwell llegó a la conclusión de que la propagación de los campos eléctricos (E) y magnéticos (B) como onda tenía las mismas características que la luz. Por tanto, la luz fue considerada como una onda electromagnética transversal, que no necesita ningún medio material para propagarse.

Ley de Wien

La Ley de Wien establece que, a mayor temperatura de un cuerpo negro, la longitud de onda (λ) correspondiente al máximo de emisión de radiación es menor. Esto significa que los objetos más calientes emiten luz con longitudes de onda más cortas (hacia el azul/violeta).

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por parte de un metal cuando sobre él incide una radiación electromagnética con una frecuencia superior a un valor umbral específico para ese material.

Espectro de Emisión

El espectro de emisión es la imagen que obtenemos al separar las diferentes frecuencias (o longitudes de onda) de la radiación electromagnética emitida por una fuente, como un átomo excitado o una estrella.

Principios de la Mecánica Cuántica

Postulado de Planck

Planck consideraba que la energía no se emite de forma continua, sino discreta, concentrada en "cuantos" o paquetes de energía. Postuló que la energía es cuantizada, lo que significa que solo puede tomar valores específicos y no cualquier valor intermedio.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Teniendo en cuenta el carácter dual de la materia (onda-partícula), Heisenberg descubrió que era imposible medir simultáneamente y con exactitud ciertas parejas de magnitudes físicas de un sistema, como la posición y el momento lineal de una partícula. De hecho, el propio acto de medir ya modifica el sistema que estamos midiendo, introduciendo una incertidumbre inherente.