Física Cuántica: Ondas, Fotóns e Principios Fundamentais

Ondas Electromagnéticas: Tipos e Efectos

As fontes de campos electromagnéticos poden ser naturais ou producidas polo ser humano. O efecto das ondas electromagnéticas depende da potencia e da frecuencia. Se a onda ten enerxía como para romper os enlaces atómicos e liberar electróns, os cambios moleculares que aparecen poden causar danos nos tecidos biolóxicos e no ADN celular; estas son as ondas ionizantes.

As ondas de frecuencia igual ou inferior á zona visible non teñen enerxía suficiente para romper enlaces químicos e non poden arrancar electróns; estas son as ondas non ionizantes.

Denomínase onda térmica cando a enerxía electromagnética causa un aumento medible na temperatura do obxecto ou persoa en torno a 1ºC.

As ondas non térmicas son aquelas nas que a enerxía é insuficiente para elevar a temperatura por riba das flutuacións de temperatura normais do sistema biolóxico.

A transmisión dos impulsos electroquímicos prodúcese especialmente por transporte de ións a través da membrana das células, o que depende en gran medida do seu campo eléctrico.

Efecto Fotoeléctrico: Luz e Electróns

O efecto fotoeléctrico é a propiedade dalgún metal de emitir electróns cando se atopan sometidos á acción da luz. Os electróns así emitidos chámanse fotoelectróns.

Cando unha radiación luminosa incide sobre o cátodo e este emite electróns, que son atraídos polo ánodo, obsérvase que:

• Ao iluminar o cátodo con luz monocromática de distinta lonxitude de onda, o galvanómetro deixa de indicar paso de corrente.
• Se a frecuencia de luz incidente é igual ou maior á frecuencia limiar, o número de fotoelectróns emitidos é proporcional á intensidade luminosa.
• Se se inverte a polaridade da voltaxe, esta crea un campo que atrae os fotoelectróns.

A luz propágase polo espazo transportando enerxía en cuantos de luz chamados fotóns.

Un aumento de intensidade luminosa significa un maior número de paquetes de enerxía, pero a enerxía de cada paquete só depende da frecuencia da luz.

A enerxía transportada por un fotón incidente distribúese:

• Na enerxía liberada para liberar un electrón dos átomos do metal, que é constante para cada metal, e recibe o nome de traballo de extracción.
• Na enerxía cinética coa que sae o electrón do metal.

Interpretación do Efecto Fotoeléctrico

• O feito de que non se produza para frecuencias inferiores á frecuencia limiar débese a que se a enerxía do fotón incidente é inferior ao traballo de extracción non se chega a arrancar o electrón e, polo tanto, non se produce o efecto fotoeléctrico.
• O feito de que o número de fotoelectróns sexa directamente proporcional á intensidade da radiación débese a que ao aumentar a intensidade, con frecuencia igual ou superior á frecuencia limiar, tamén aumenta o número de fotoelectróns, non variando a enerxía cinética.
• A interpretación de que o potencial de freado aumenta coa frecuencia e é independente da intensidade é a seguinte: os electróns son emitidos polo cátodo cunha velocidade, adquirindo unha enerxía cinética.

Dualidade Onda-Corpúsculo: A Natureza da Materia

Os fenómenos luminosos son interpretados mediante unha teoría ondulatoria, mentres que outros deben interpretarse coa teoría corpuscular. Parece que nos atopamos ante un dilema.

Louis de Broglie propuxo que a materia podería comportarse como unha onda, e que toda partícula en movemento tería asociada unha onda.

A lonxitude de onda asociada a un fotón, partindo da enerxía, vén dada por:

• Se consideramos a onda asociada a un fotón pola ecuación de Planck: E = h·ν
• Se o consideramos como partícula pola ecuación de Einstein: E = mc²

Unha manifestación da dualidade onda-corpúsculo da radiación e da materia é o principio de incerteza de Heisenberg.

Principio de Incerteza de Heisenberg: Límites da Medida

No mundo atómico resulta imposible evitar as perturbacións producidas polos aparellos de medida. Heisenberg xeneralizou este resultado, coñecido como Principio de Incerteza ou tamén chamado Indeterminación, que di que existen pares de magnitudes físicas que ao medilas simultaneamente, todo incremento de precisión na medida dunha delas entraña unha menor exactitude na medida da outra, de tal modo que o produto dos erros cometidos na medida simultánea de dúas magnitudes asociadas é igual ou maior a h/2π.