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  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
  12. Índice

Resumen

6.1 Radiación de cuerpo negro

  • Todos los cuerpos radian energía. La cantidad de radiación que emite un cuerpo depende de su temperatura. La ley experimental de desplazamiento de Wien establece que cuanto más caliente está el cuerpo, más corta es la longitud de onda correspondiente al pico de emisión en la curva de radiación. La ley experimental de Stefan establece que la potencia total de la radiación emitida en todo el espectro de longitudes de onda a una temperatura determinada es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura Kelvin del cuerpo radiante.
  • La absorción y la emisión de la radiación se estudian dentro del modelo de un cuerpo negro. En el enfoque clásico, el intercambio de energía entre la radiación y las paredes de la cavidad es continuo. El enfoque clásico no explica la curva de radiación de cuerpo negro.
  • Para explicar la curva de radiación de cuerpo negro, Planck supuso que el intercambio de energía entre la radiación y las paredes de la cavidad tiene lugar solo en cuantos discretos de energía. La hipótesis de cuantos de energía de Planck condujo a la ley teórica de la radiación de Planck, que coincide con la curva experimental de la radiación de cuerpo negro; también explica las leyes de Wien y de Stefan.

6.2 Efecto fotoeléctrico

  • El efecto fotoeléctrico se produce cuando los fotoelectrones son expulsados de una superficie metálica en respuesta a una radiación monocromática que incide sobre la superficie. Tiene tres características: (1) es instantánea, (2) solo se produce cuando la radiación está por encima de una frecuencia de corte, y (3) las energías cinéticas de los fotoelectrones en la superficie no dependen de la intensidad de la radiación. El efecto fotoeléctrico no puede ser explicado por la teoría clásica.
  • Podemos explicar el efecto fotoeléctrico asumiendo que la radiación está formada por fotones (partículas de luz). Cada fotón lleva un cuanto de energía. La energía de un fotón solo depende de su frecuencia, que es la frecuencia de la radiación. En la superficie, toda la energía de un fotón se transfiere a un fotoelectrón.
  • La energía cinética máxima de un fotoelectrón en la superficie del metal es la diferencia entre la energía del fotón incidente y la función de trabajo del metal. La función de trabajo es la energía de enlace de los electrones con la superficie del metal. Cada metal tiene su propia función de trabajo característica.

6.3 El efecto Compton

  • En el efecto Compton, los rayos X dispersados por algunos materiales tienen una longitud de onda diferente a la de los rayos X incidentes. Este fenómeno no tiene una explicación clásica.
  • El efecto Compton se explica asumiendo que la radiación consiste en fotones que colisionan con electrones débilmente ligados en el material objetivo. Tanto el electrón como el fotón se tratan como partículas relativistas. Las leyes de conservación de la energía total y del momento se cumplen en las colisiones.
  • Tratar el fotón como una partícula con momento que puede transferirse a un electrón conduce a una dispersión de Compton teórica que coincide con el desplazamiento de la longitud de onda medido en el experimento. Esto prueba que la radiación está formada por fotones.
  • La dispersión de Compton es un esparcimiento inelástico, en el que la radiación dispersada tiene una longitud de onda mayor que la de la radiación incidente.

6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno

  • Las posiciones de las líneas de absorción y emisión en el espectro del hidrógeno atómico vienen dadas por la fórmula experimental de Rydberg. La física clásica no puede explicar el espectro del hidrógeno atómico.
  • El modelo de Bohr del hidrógeno fue el primer modelo de estructura atómica que explicaba correctamente los espectros de radiación del hidrógeno atómico. Fue precedido por el modelo atómico nuclear de Rutherford. En el modelo de Rutherford, un átomo está formado por un núcleo puntual cargado positivamente que contiene casi toda la masa del átomo y por electrones negativos que se encuentran lejos del núcleo.
  • El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno se basa en tres postulados: (1) un electrón se mueve alrededor del núcleo en una órbita circular, (2) el momento angular de un electrón en la órbita está cuantizado, y (3) el cambio en la energía de un electrón cuando hace un salto cuántico de una órbita a otra siempre va acompañado de la emisión o absorción de un fotón. El modelo de Bohr es semiclásico porque combina el concepto clásico de órbita del electrón (postulado 1) con el nuevo concepto de cuantización (postulados 2 y 3).
  • El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno explica los espectros de emisión y absorción del hidrógeno atómico y de los iones hidrogenoides con números atómicos bajos. Fue el primer modelo que introdujo el concepto de número cuántico para describir los estados atómicos y postular la cuantización de las órbitas de los electrones en el átomo. El modelo de Bohr es un paso importante en el desarrollo de la mecánica cuántica, que se ocupa de los átomos de muchos electrones.

6.5 Las ondas de materia de De Broglie

  • La hipótesis de De Broglie sobre las ondas de materia postula que cualquier partícula de materia que tenga un momento lineal es también una onda. La longitud de onda de una onda de materia asociada a una partícula es inversamente proporcional a la magnitud del momento lineal de la partícula. La velocidad de la onda de materia es la velocidad de la partícula.
  • El concepto de De Broglie de la onda de materia del electrón proporciona una justificación para la cuantización del momento angular del electrón en el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno.
  • En el experimento de Davisson-Germer, los electrones se dispersan por una superficie cristalina de níquel. Se observan los patrones de difracción de las ondas de materia de los electrones. Son la prueba de la existencia de las ondas de materia. Las ondas de materia se observan en experimentos de difracción con diversas partículas.

6.6 Dualidad onda-partícula

  • La dualidad onda-partícula existe en la naturaleza: En algunas condiciones experimentales, una partícula actúa como tal; en otras condiciones experimentales, una partícula actúa como una onda. Por el contrario, en algunas circunstancias físicas, la radiación electromagnética actúa como una onda, y en otras circunstancias físicas, la radiación actúa como un haz de fotones.
  • Los experimentos modernos de doble rendija con electrones demostraron de forma concluyente que las imágenes de difracción de electrones se forman debido a la naturaleza ondulatoria de los mismos.
  • La naturaleza dual onda-partícula de las partículas y de la radiación no tiene una explicación clásica.
  • La teoría cuántica considera que la propiedad ondulatoria es la propiedad fundamental de todas las partículas. Una partícula se ve como un paquete de ondas en movimiento. La naturaleza ondulatoria de las partículas impone una limitación a la medición simultánea de la posición y el momento de la partícula. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece los límites de la precisión en estas mediciones simultáneas.
  • La dualidad onda-partícula se aprovecha en muchos dispositivos, como los de acoplamiento de carga (utilizados en las cámaras digitales) o en la microscopía electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM).
Cita/Atribución

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