EL MODELO DE BOHR
RUTHERFORD
HABÍA DESCUBIERTO en 1910 al núcleo y en 1919 al protón. El electrón se presentó en sociedad en 1897 y en 1932 al neutrón, por lo que en
1913 sólo se sabía del núcleo y los electrones que de algunas maneras daban
vueltas alrededor del núcleo. Lo importante era decir ¿Cómo es que estaban esos
electrones alrededor?
El
primer modelo que explicaría cómo
giraban los electrones alrededor del núcleo estuvo influenciado por el sistema
planetario, en el que al igual que los planetas giraban alrededor de un sol, en
el átomo los electrones giraban alrededor de un núcleo en órbitas bien
definidas. Este modelo lo propuso Niels
Henrik David Bohr.(1885-1962), en 1913 y cómo veremos, aún es útil para entender
el fenómeno de emisión de la luz.
Para
conocer la estructura de los átomos hay que interaccionar con ellos. Como los
electrones son muy pequeños, la mejor forma de obtener información acerca de su
estructura y su comportamiento es haciéndolos interaccionar con la luz.
El modelo
de bohr no podía explicar sistemas que
tuvieran más de un electrón, aunque sin embargo sigue siendo el fundamento de
modelos atómicos más complejos. (Garritz, 2008)
Ondas y espectro electromagnético
Las ondas son perturbaciones en las cuales se
transmite energía. Las ondas se caracterizan por su longitud de onda (l) , su frecuencia (n)
y su amplitud A. La longitud de onda es la distancia entre dos puntos
idénticos de una onda. La frecuencia es
el número de ondas que pasan a través de un punto en particular en un segundo.
La amplitud es la distancia vertical desde la
línea media de la onda hasta una de las crestas. Ver figura.
Figura 1: partes de una onda
Otra importante propiedad de las ondas es su
velocidad (V) , que se determina con la
longitud de onda y la frecuencia de acuerdo a la siguiente ecuación:
V= n .
l v:velocidad de la onda
n: (nu) frecuencia
l: (lambda) longitud de onda
En el caso de las ondas electromagnéticas Maxwell
predice que la velocidad de propagación
de la luz en el vacío (que se representa c, por la velocidad de la luz,
con un valor de 299.792.458 m/s), y su dirección de propagación (perpendicular
a las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a su vez, son
perpendiculares entre sí. Resnick (2004)
Actividad
1. En el caso de las ondas que se
propagan en aire ¿Cuál es la longitud de
onda en metros y nanómetros de a)los rayos gamma cuya frecuencia es de 6,50 x1021
Hz b) La luz visible cuya frecuencia es
de 5.75 x1014 Hz
La energía radiante está en forma de ondas
electromagnéticas. Incluye las ondas de radio, microondas, radiación
infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Esas
clases de energía radiante se citaron en orden por su longitud donde, desde la
más larga hasta la más corta. L a radiación infrarroja (abajo del rojo) tiene
mayor longitud de onda que la luz visible. Las longitudes de onda mayores que
son visibles son las de la luz roja, y las más cortas son las de la luz
violeta. La radiación ultravioleta tiene longitudes de ondas menores.
La longitud de onda de la radiación se relaciona
con su frecuencia. La frecuencia es la rapidez de vibración de una onda.
Actividad 2 Clasifica las diferentes radiaciones de
acuerdo a su longitud de onda
A continuación vamos a estudiar los tipos anteriores
de radiación electromagnética
Rayos Infrarrojos
Se les conocen
también como rayos caloríficos debido a que son emitidos por cuerpos calientes
o en estado de incandescencia (temperatura mayor de 500 °C ). Tiene longitudes de
onda mayores al visible (de 0,7
m a 1 mm
aproximadamente). Es emitida por
comúnmente por átomos o moléculas
cuando modifican su movimiento rotacional o vibratorio.
A veces a esta radiación se la llama radiación de calor, porque se
relaciona con la transferencia de
calor.; a medida que un objeto gana o pierde energía interna.
Resnick (2004).
Actividad 3
Investiga las
aplicaciones de otro tipo de radiaciones,
La experiencia cotidiana
nos permite ve ondas, como las olas del mar, pero ¿cómo clasificar a la luz?
Ese fue un problema a lo largo de la historia.
Una de las primeras
teorías acerca de la naturaleza de la luz es la de Platón, quien vivió en el
siglo Vy IV A.C. y pensaba que estaba
formada por corrientes emitidas por el ojo. También Euclides quien vivio un
siglo después, coincidía con esta hipótesis. Po otro lado los Pitagóricos creían que la luz emanaba de los cuerpos
luminosos en forma de partículas finas. Después Empedocles, predecesor de Platón, enseñaba que la luz está formada por ondas de cierta clase y de
alta rapidez. Durante más de 2000 años esas preguntas no obtuvieron respuestas.
¿La luz consisten en partículas u ondas?
En 1704 Isacc Newton
describió la luz como una corriente de partículas o corpúsculos Sostuvo
eso a pesar de que conocía la
polarización, y a pesar de su experimento de la luz que se refleja en placas de
vidiro, cuando notó franjas de claridad y de oscuridad (los anillos de Newton).
Sabía que sus partículas luminosas también
deberían tener ciertas propiedades ondulatorias. Christian Huygens,
contemporáneo de Newton, promulgo una teoría de la luz.
Con todo este historial
como fondo, Thomas Young realizó el experimento de la doble rendija en 1801.
Parecía demostrar , de una vez por todas, que la luz es un fenómeno ondulatorio. Esta idea fue
reforzada en 1862 por la predicción de Maxwell, de que la luz conduce energía
en forma de campos eléctricos y
magnéticos oscilantes. Vienticinco años despúes Heinrich Hertz usó circuitos
productores de chispas para demostrar la realidad de las ondas
electromagnéticas (de radiofrecuencia). Sin embargo en 1905 Albert Einstein
publicó un trabajo que le valió el premio Nobel, donde desafiaba la teoría
ondulatoria de la luz, diciendo que la luz interactúa con la materia no como ondas continua, como
Maxwell concebía, sino en pequeños paquetes de energía denominado fotones. Esto
indico que la luz poseía un comportamiento dual, como onda y como partícula
Hewitt, P. G. (2007).
Física conceptual. Pearson.Addison Wesley . p. 600
Actividad 4:
Elabora un diagrama con
la evolución de del concepto de la luz usan Cmap Tools.
Actividad
5. Observa la siguiente Simulación : La luz y sus propiedades
Actiidad
6: realiza la construcción de un espectroscopio:
Actividad 7 . Realiza la siguiente
actividad de Autoevaluacion de ondas electromagneticas para ello consulta la
siguiente dirección
Los
experimentos de Hertz también pusieron de manifiesto un curioso fenómeno: el
efecto fotoeléctrico, que consiste en la emisión de electrones con cierta
energía cinética al incidir la luz de una determinada frecuencia sobre una
superficie metálica. Se comprobó que un aumento de la intensidad luminosa
incidente no suponía un aumento en la energía cinética de los electrones
emitidos. La teoría ondulatoria no podía explicar esto.
Einstein
explica esto basándose en la hipótesis cuántica de Planck ( en resumen venia a
decir que la energía de un oscilador atómico no puede ser cualquiera sino solo
unos valores determinados, ya lo veremos...) Einstein propone en 1905 que la
luz esta formada por un haz de pequeños corpúsculos que llamó cuantos de
energía o fotones. La energía de la onda está concentrada en los fotones, no
está distribuida por toda ella). Resucita así una especial teoría corpuscular.
Rechaza la existencia del éter.
La luz
puede propagarse en el vacío.
E = h•n
( h cte de Planck) = 6,626•10-34 J•s;
f = frecuencia de la luz;
E = Energía de los cuantos
En la actualidad se sostiene que la luz tiene una doble
naturaleza, corpuscular y ondulatoria. Se
propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta fenómenos típicamente
ondulatorios, pero en su interacción con la materia en ciertos fenómenos de
intercambio de energía tiene carácter corpuscular. Nunca manifiesta las dos
condiciones simultáneamente, en un fenómeno concreto o es onda o es corpúsculo.
Hewit (2007)
¿qué tiene que ver espectro electromagnético con los electrones?
Todo tiene que ver con la energía, es decir la energía del movimiento
del electrón y la energía de la luz. Cuando se hizo pasar corriente eléctrica de alto voltaje a través del hidrógeno, este
absorvió parte de la energía. (Phillips). Los electrones excitados del hidrógeno
regresaban la energía absorbida en forma de luz.
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