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Download FUNDAMENTOS DE LA MECNICA  ??1 17/10/08 FUNDAMENTOS DE LA MECNICA CUNTICA 0 ESTRUCTURA DE LA MATERIA FUNDAMENTOS DE LA MECNICA CUNTICA Introduccin Semestre 2009-1

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    17/10/08 FUNDAMENTOS DE LA MECNICA CUNTICA 0

    ESTRUCTURA DE LAESTRUCTURA DE LAMATERIAMATERIA

    FUNDAMENTOS DE LAFUNDAMENTOS DE LAMECMECNICA CUNTICANICA CUNTICA

    IntroducciIntroduccinnSemestre 2009-1Semestre 2009-1

    Rafael Moreno Esparza17/10/08 FUNDAMENTOS DE LA MECNICA CUNTICA 1

    Cmo y Porqu existe el Mundo?Cmo y Porqu existe el Mundo? Esta es quiz la ms importante de todas las

    preguntas que un ser humano se puedehacer.

    Es la raz de la fe y la fantasa, del dogma ydel desconcierto, de la poesa

    Y claro de la bsqueda cientfica! Pero se puede contestar?

    Probablemente no. Y aunque no esperamos contestarla

    completamente, podemos aproximarnos a larespuesta.

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    CCmo respondermo responder?? Empleando una tcnica cientfica para describir

    y discutir escenarios, estrategias y soluciones deeste problema.

    Esta discusin nos permitir iluminar aunquesea un poco nuestra comprensin del universo.

    Pero para ello debemos presentar algunostrminos que nos ayudarn a comprender dichaevidencia.

    Para contestar lo anterior, es necesario discutirprimero acerca de la radiacin, que es el mediopor el cual percibimos al universo.

    La radiacin incluye a las ondas de radio, lasmicroondas, los rayos infrarrojos, la luz visible,la radiacin ultravioleta, los rayos X, y a losrayos gama.

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    El espectro visibleEl espectro visible Al hacer pasar un haz de luz del sol por un

    prisma, o cuando hacemos incidir la luz en unCD, observamos un fenmeno muy llamativo,la aparicin de una banda de colores.

    Estos colores, son familiares para quien hayavisto un arco iris.

    Estos colores, rojo, naranja, amarillo, verde,azul y violeta, parecieran tener un nmeroinfinito de tonalidades mezclndosesuavemente unos en los otros.

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    El arcoirisEl arcoiris

    Un arco iris. Es causado por la refraccin y la reflexin dela luz solar al atravesar las gotas de agua. 17/10/08 FUNDAMENTOS DE LA MECNICA CUNTICA 5

    Espectro visibleEspectro visible Todos estos colores juntos, constituyen lo

    que conocemos como espectro visible oespectro ptico.

    Esta es la nica parte del espectro que el ojohumano puede ver.

    Espectro de la luz visible y sus longitudes deonda en metros:

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    Extendiendo el espectroExtendiendo el espectro La mayor parte de la energa del universo se

    transporta por medio de la radiacin. Una prueba de ello es la gran cantidad de

    energa que emite el sol. El espectro visual sin embargo, no es ms que

    una pequea porcin del espectroelectromagntico existente, el cual se extiendeen ambas direcciones de los lmites del arco iris.

    De esta manera, tenemos que el espectro es elconjunto de ondas electromagnticas.

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    Extendiendo el espectroExtendiendo el espectro Que van desde las de menor longitud de

    onda y por lo tanto mayor frecuencia yenerga, como son los rayos csmicos,rayos gamma, y rayos X.

    Pasando por la luz ultravioleta, luz visible(que en realidad ocupa una estrecha franjadel espectro electromagntico), infrarroja.

    Hasta las ondas electromagnticas demayor longitud de onda y menor energacomo son las ondas de radio.

    En cualquier caso, cada una de lascategoras son de ondas de variacin decampo electromagntico.

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    Un poco de historiaUn poco de historia Los estudios de ondas al principio se referan

    a las correspondientes al espectro visiblecuyas longitudes de onda estn comprendidasentre 4x10-5 y 7.5x10-5 cm.

    En el ao 1800, W. Herschell,descubri, gracias a laelevacin de latemperatura fuerade la luz visible, la zonainfrarroja del espectro,al proyectar el espectrosolar sobre una serie de termmetros.

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    Un poco de historiaUn poco de historia En la misma poca, Johann Wilhelm Ritter

    y WilliamWollaston descubrieron pormedio del ennegrecimiento de las sales deplata la zona del ultravioleta.

    Empleando un prisma como este

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    Un poco de historiaUn poco de historia Cuando Heinrich Hertz

    descubri la forma de generarondas de distinta frecuencia,el espectro electromagnticose extendi por el lado de lasondas largas hasta las ondasde radio, y por el lado de lascortas hasta enlazar el infrarrojo.

    Ms tarde, en 1895, Roentengen descubri losrayos X, y con el descubrimiento de laradioactividad por Bequerel en 1896 el espectroelectromagntico se extiende hasta la radiacingamma de muy corta longitud de onda.

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    El espectro completoEl espectro completo

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    El espectro completoEl espectro completo

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    El espectro completoEl espectro completo

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    El espectro completoEl espectro completo

    >1.99x10-14 J>30.0 ExaHz< 10 pmRayos gamma>1.99x10-17 J>30.0 PetaHz< 10 nmRayos X

    >9.93x10-19 J>1.5 PetaHz< 200 nmUltravioleta lejano>5.23x10-19 J>789 TeraHz< 380 nmUltravioleta cercano

    >2.55x10-19 J>384 TeraHz< 780 nmLuz Visible>7.95x10-20 J>120 TeraHz< 2.5 mInfrarrojo cercano

    >3.98 x10-21 J>6.00 TeraHz< 50 mInfrarrojo medio>1.99x10-22 J>300 GigaHz< 1 mmInfrarrojo lejano

    >1.99x10-24 J>1.0 GigaHz< 30 cmMicroondas>1.99x10-25 J>300 MegaHz2.05 x10-26 J>30 MegaHz1.13 x10-27 J>1.7 MegaHz4.31 x10-28 J>650 kiloHz1.98 x10-29 J>30 kiloHz

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    MicroondasMicroondas Se utilizan en las comunicaciones del radar o

    la banda UHF (Ultra High Frecuency) y en loshornos de las cocinas.

    Su frecuencia va desde los mil millones hastacasi un billn de Hz.

    Se producen en oscilaciones dentro de unaparato llamado magnetrn.

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    El magnetrEl magnetrnn El magnetrn es una cavidad resonante formada

    por dos imanes de disco en los extremos, dondelos electrones emitidos por un ctodo sonacelerados originando los camposelectromagnticos oscilantes con la frecuencia demicroondas.

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    Rayos InfrarrojosRayos Infrarrojos Son emitidos por los cuerpos calientes. Los visores nocturnos detectan la radiacin emitida

    por los cuerpos a una temperatura de 37 C. Sus frecuencias van de 1011 a 41014 Hz. Nuestra piel tambin detecta el calor y por lo tanto

    las radiaciones infrarrojas.

    CercanoMedioLejano

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    Luz VisibleLuz Visible Incluye una franja estrecha de frecuencias, los

    humanos tenemos unos sensores para detectarla(ojos, retina, conos y bastones).

    Se originan por la aceleracin de los electronesen las transiciones energticas entre rbitaspermitidas.

    Sus frecuencias van de 41014 a 81014Hz.

    Infrarrojo Ultravioleta

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    Radiacin UltravioletaRadiacin Ultravioleta Va de 81014 a 11017Hz. Tiene suficiente energa para intervenir en las

    reacciones qumicas. El sol es una fuente poderosa de radiacin

    ultravioleta que al interaccionar con la atmsferaexterior la ionizan creando la ionosfera.

    Los rayos ultravioleta se emplean para esterilizar. Nuestra piel detecta la radiacin ultravioleta y

    nuestro organismo fabrica melanina paraprotegernos de la radiacin.

    La capa de ozono nos protege de la radiacin UV.

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    Rayos XRayos X Son producidos por electrones que saltan de

    rbitas internas en tomos pesados. Sus frecuencias van de 1.11017 a 1.11019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposicin

    prolongada produce cncer. Su contenido energtico es suficiente para

    ionizar molculas y tomos.

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    Rayos gamaRayos gama Comprenden frecuencias mayores de 11019Hz. Se originan en los procesos de estabilizacin en el

    ncleo del tomo despus de emisionesradiactivas.

    Su radiacin es muy peligrosa para los seresvivos. Por su alto contenido energtico.

    Son capaces de atravesar la mayora de lsmateriales.

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    Estructura de la materiaEstructura de la materia

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    Fuerzas e InteraccionesFuerzas e Interacciones Todo lo que existe en el universo, desde un

    palillo hasta una galaxia, est hecho demateria que se puede descomponer en unadocena de partculas elementales y queinteractan por medio de 4 fuerzas.

    Los fsicos han identificado 12 partculaselementales y 4 interacciones como loselementos bsicos a partir de los cuales sepuede construir todo el universo, incluyendosistemas tan complejos como los seres vivos.

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    Fuerzas e InteraccionesFuerzas e Interacciones Se ha podido verificar experimentalmente que

    en la naturaleza existen cuatro tipos de fuerzas: la gravedad, el electromagnetismo, las fuerzas nucleares dbiles las fuerzas nucleares fuertes.

    Adems de estas, se ha demostrado que existen12 partculas elementales que sirven de ladrillospara la construccin del mundo material

    Cada una de las 4 interacciones bsicas tieneasociada una o varias partculas portadoras dela interaccin o fuerza

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    F

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