Fundamentos de la Física Moderna: Relatividad y Mecánica Cuántica

Postulados de la Relatividad Especial

Postulados: Las leyes de la física pueden expresarse mediante ecuaciones que poseen la misma forma en todos los sistemas de referencia que se muevan a velocidades constantes unos respecto de otros (sistemas de referencia inerciales entre sí). El valor de la velocidad de la luz en el vacío no depende del observador que lo mide ni del movimiento de la fuente luminosa. Por tanto, esta velocidad es absoluta.

Efectos Derivados

• Contracción de la longitud: Acortamiento de los objetos que depende del estado de movimiento respecto del observador que mide.
• Dilatación del tiempo: Los intervalos de tiempo de un reloj que se mueve respecto de un observador son más largos que los de otro en reposo.
• Principio de conservación masa-energía: La masa puede desaparecer a costa de la aparición de una cantidad equivalente de energía y viceversa, según la ecuación E = mc².

Hipótesis de Planck

La Hipótesis de Planck establece que los cuerpos emiten radiaciones electromagnéticas (energía) de forma discontinua en forma de cuantos de energía o fotones. La energía se define mediante la expresión E = n · h · ν.

Efecto Fotoeléctrico

El Efecto Fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones (e⁻) desde la superficie de un metal cuando este es irradiado con una luz de frecuencia superior a la frecuencia umbral (ν > ν₀) del metal, de forma que se puede generar una corriente eléctrica. La energía del fotón incidente se emplea en arrancar los electrones del metal (W₀ o trabajo de extracción) y el exceso de energía se transforma en energía cinética (E꜀) de dichos electrones.

Espectros Discontinuos

Los espectros discontinuos presentan las siguientes características:

• Hay un espectro de emisión para cada elemento químico, con rayas espectrales de longitud de onda característica.
• Los espectros de emisión de los elementos presentan rayas agrupadas en series espectrales, situadas en las zonas infrarroja, visible y ultravioleta.
• Cada serie espectral consta de un conjunto de infinitas rayas que se van aproximando entre sí al aumentar la frecuencia de la radiación que las produce. La serie tiende a un valor de la frecuencia denominado límite de la serie.

Modelo Atómico de Bohr

Según el Modelo Atómico de Bohr, las transiciones electrónicas entre niveles de energía producen la emisión (o absorción) de fotones con energía y longitud de onda concretas, lo cual origina las rayas espectrales de los espectros discontinuos. Las principales series de transición son:

1. Lyman (n=1)
2. Balmer (n=2)
3. Paschen (n=3)
4. Brackett (n=4)

Hipótesis de De Broglie

La Hipótesis de De Broglie postula la dualidad onda-corpúsculo, indicando que cualquier partícula de masa m y velocidad v tiene una onda asociada cuya longitud de onda es λ.