Dualidad de la partcula de BroglieEn el mundo macroscpico resulta muy evidente la diferencia entre una partcula y una onda; dentro de los dominios de la mecnica cuntica, las cosas son diferentes. Un conjunto de partculas, como un chorro de electrones movindose a una determinada velocidad puede comportarse segn todas las propiedades y atributos de una onda, es decir: puede reflejarse, refractarse y difractarse.Por otro lado, un rayo de luz puede, en determinadas circunstancias, comportarse como un chorro de partculas (fotones)con una cantidad de movimiento bien definida. Asi, al incidir un rayo de luz sobre la superficie lisa de un metal se desprenden electrones de ste (efecto fotoelctrico). La energa de los electrones arrancados al metal depende de la frecuencia de la luz incidente y de la propia naturaleza del metal.Segn la hiptesis de De Broglie, cada partcula en movimiento lleva asociada una onda, de manera que la dualidad onda-partcula puede enunciarse de la siguiente forma:una partcula de masa m que se mueva a una velocidad v puede, en condiciones experimentales adecuadas, presentarse y comportarse como una onda de longitud de onda, . La relacin entre estas magnitudes fue establecida por el fsico francsLouis de Broglieen 1924.

Cuanto mayor sea la cantidad de movimiento (mv) de la partcula menor ser la longitud de onda (), y mayor la frecuencia () de la onda asociada.Efecto fotoelctricoLa emisin de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la accin de la radiacin se denomina efecto fotoelctrico o emisin fotoelctrica. Sus caractersticas esenciales son: Para cada sustancia hay una frecuencia mnima o umbral de la radiacin electromagntica por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por ms intensa que sea la radiacin. La emisin electrnica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiacin que incide sobre la superficie del metal, ya que hay ms energa disponible para liberar electrones.En los metales hay electrones que se mueven ms o menos libremente a travs de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energa suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energa. Los electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo de emisin que hay en las vlvulas electrnicas. Vamos a ver que tambin se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorcin por el metal de la energa de radiacin electromagntica.DescripcinSeafla energa mnima necesaria para que un electrn escape del metal. Si el electrn absorbe una energaE, la diferenciaE-f, ser la energa cintica del electrn emitido.

Einstein explic las caractersticas del efecto fotoelctrico, suponiendo que cada electrn absorba un cuanto de radiacin o fotn. La energa de un fotn se obtiene multiplicando la constantehde Planck por la frecuenciafde la radiacin electromagntica.E=hfSi la energa del fotnE, es menor que la energa de arranquef, no hay emisin fotoelctrica. En caso contrario, si hay emisin y el electrn sale del metal con una energa cinticaEkigual aE-f.

Radiacin de un cuerpo negroUncuerpo negroes un objeto terico o ideal que absorbe toda laluzy toda laenergaradiante que incide sobre l. Nada de la radiacin incidente se refleja o pasa a travs del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye unsistema fsicoidealizado para el estudio de la emisin deradiacin electromagntica. El nombreCuerpo negrofue introducido porGustav Kirchhoffen1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin de cuerpo negro.Todo cuerpo emite energa en forma deondas electromagnticas, siendo esta radiacin, que se emite incluso en el vaco, tanto ms intensa cuando ms elevada es la temperatura del emisor. La energa radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde alongitudes de ondasuperiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no slo aumenta la energa emitida sino que lo hace a longitudes de onda ms cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas lasfrecuenciaso longitudes de onda, sino que siguen laley de Planck.A igualdad de temperatura, la energa emitida depende tambin de la naturaleza de la superficie; as, una superficie mate o negra tiene unpoder emisormayor que una superficie brillante. As, la energa emitida por un filamento de carbn incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. Laley de Kirchhoffestablece que un cuerpo que es buen emisor de energa es tambin buen absorbente de dicha energa. As, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes.

Efecto comptonElefecto Comptonconsiste en el aumento de lalongitud de ondade unfotncuando choca con unelectrnlibre y pierde parte de su energa. La frecuencia o la longitud de onda de la radiacin dispersada depende nicamente del ngulo de dispersin.La variacin de longitud de onda de los fotones dispersados,, puede calcularse a travs de la relacin de Compton:

donde: hes laconstante de Planck, mees la masa del electrn, ces lavelocidad de la luz. el ngulo entre los fotones incidentes y dispersados.Esta expresin proviene del anlisis de la interaccin como si fuera unacolisin elsticay su deduccin requiere nicamente la utilizacin de los principios deconservacin de energaymomento. La cantidad= 0.0243, se denomina longitud de onda de Compton. Para los fotones dispersados a 90, la longitud de onda de losrayos Xdispersados es justamente 0.0243 mayor que la lnea de emisin primaria.

Elefecto Comptonconsiste en el aumento de la longitud de onda de un fotn de rayos X cuando choca con un electrn libre y pierde parte de su energa. La frecuencia o la longitud de onda de la radiacin dispersada depende nicamente de la direccin de dispersin. El desplazamiento de la longitud de onda de los fotones no depende por tanto de la naturaleza del medio en el que se produce la dispersin, sino nicamente de la masa de la partcula que deflecta el fotn (generalmente electrones) y de la direccin de deflexin.Puede demostrarse a partir del principio de conservacin del mpetu o momento lineal y de la conservacin de la energia total que el corrimiento de longitud de onda del fotn viene dado, en funcin del ngulo de dispersin del fotn respecto a la direccin incidente, supuesta colisin con un electrn:

Que corresponde a una prdida energtica del fotn dada por:

Frecuentemente se define la longitud de onda Compton como.

El principio de incertidumbre de Heisenbergl fsico alemn Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribucin fundamental al desarrollo de la teora cuntica. Este principio afirma que es imposible medir simultneamente de forma precisa la posicin y el momento lineal de una partcula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Fsica en 1932. El principio de incertidumbre ejerci una profunda influencia en la fsica y en la filosofa del siglo XX.

Segn la mecnica clsica de Newton, por laley fundamental de la dinmica, para conocer el estado de una partcula en un instante dado basta con indicar su posicin y su velocidad. Newton y sus seguidores presuponan que se poda determinar con precisin el valor de estas dos magnitudes.Sin embargo, Heisenberg demostr que no era posible conocer tal valor con absoluta exactitud en el marco de la fsica cuntica. Elprincipio de incertidumbre, o de indeterminacin, que lleva su nombre sostiene que, si es una coordenada de posicin de la partcula y px su momento lineal en la direccin de esta coordenada, el producto de la indeterminacin de estas dos magnitudes es siempre mayor o igual que la constante reducida de Planck dividida por dos. Es decir:

Ello indica que si se pudiera determinar con total exactitud, por ejemplo, el valor de la posicin, aumentara la indeterminacin en el conocimiento del momento lineal (y, por tanto, de la velocidad) hasta igualar o superar el lmite indicado.A partir de desarrollos tericos, la formulacin anterior delprincipio de indeterminacines equivalente a la siguiente:

Es decir, no es posible determinar simultneamente y sin errores el valor exacto de la energa de un proceso y el momento en que dicho proceso se producir.