Modelo Atómico de Niels Bohr

Antecedentes del modelo atómico de Bohr.

Energía Radiante.

Para comprender la teoría cuántica de Planck es necesario tener cierto conocimiento acerca de la naturaleza de las ondas. Podemos pensar en una onda como una alteración vibrátil mediante la cual se transmite la energía. Las propiedades básicas de una onda se ilustran con un tipo muy conocido de ondas: las del agua. La variación regular de las crestas y los valles hace posible percibir la propagación de las ondas.

Las propiedades características de las ondas son su longitud y altura, así como el número de andas que pasan por determinado punto en un segundo. La longitud de onda  (lambda) es la longitud entre puntos iguales de ondas sucesivas. La frecuencia  (nu), es el número de ondas que pasan por un punto particular en un segundo. La amplitud de la onda es la longitud vertical de la línea media de una onda a su cresta o a su valle. La rapidez es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del tipo de onda y del medio en el cual viaja (por ejemplo, agua, aire o vacío). La rapidez (u) de una onda es el producto de su longitud y frecuencia:

Existen muchos tipos ondas, como las del agua, del sonido y de la luz, en 1873, James Clerk Maxwell propuso que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas. De acuerdo con esta teoría, una onda electromagnética tiene un componente de campo eléctrico y un componente de campo magnético. Ambos tienen la misma longitud de onda y frecuencia, y por tanto, igual rapidez, pero viajan en planos perpendiculares entre sí. La trascendencia de la teoría de Maxwell estriba en que aporta una descripción matemática del comportamiento general de la luz. En particular, el modelo de Maxwell describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación a través del espacio como una vibración de campo magnético y eléctrico. La radiación electromagnética es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas viajan a 3.00 x 10 ⁸ metros por segundo. Esta rapidez varía según el medio, pero no lo suficiente para modificar de manera sustancial los cálculos. Por convención, la rapidez de las ondas electromagnéticas, que comúnmente se llama rapidez de la luz, se expresa con el símbolo c. la longitud de onda de las ondas electromagnéticas se expresa normalmente en nanómetros (nm).

A continuación presentamos los distintos rangos de fotones que contiene el espectro electromagnético: Los fotones con más energía que se conocen son los Fotones gamma, son aquellos asociados a las longitudes de onda más corta y son llamados rayos gamma. Si se sigue incrementando la longitud de onda, continúan los rayos x, y luego los rayos ultravioleta.

Si seguimos aumentando la longitud de onda pasamos a la luz infrarroja; luego las, las microondas y finalmente las ondas de radio. Entre los rayos gamma y las ondas de radio tenemos un muy amplio espectro de luz y solo una muy pequeña zona de ese espectro es directamente perceptible a la visión. 

Teoría cuántica de Planck.

Cuando los sólidos se someten a calentamiento emiten radiación electromagnética que abarca una amplia gama de longitudes de onda, la luz rojiza tenue de un calentador eléctrico o la luz blanca brillante de una lámpara de tungsteno son ejemplos de la luz que emiten los sólidos calentados.

Las mediciones hechas en la última parte del siglo XIX mostraron que la cantidad de energía radiante que emitía un objeto a cierta temperatura dependía de su longitud de onda. Sin embargo, la explicación de esta dependencia con la teoría ondulatoria establecida y con las leyes de la termodinámica no era del todo satisfactoria. Una de las teorías explicaba la dependencia de la longitud de onda corta pero no la de longitudes de onda más largas. Otra teoría explicaba la dependencia de longitudes de onda larga, pero no la de las cortas. Era como si faltara algo fundamental en las leyes de la física clásica.

Planck resolvió el problema con una suposición que se apartaba en forma radical de los conceptos establecidos. La física clásica asumía que los átomos y las moléculas emitían (o absorbían) cualquier cantidad de energía radiante. En cambio, Planck proponía que los átomos y las moléculas emitían o (o absorbían) energía solo en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos. A la mínima cantidad de energía que se podía emitir (o absorber) en forma de radiación electromagnética, Planck la llamó cuanto. La E de un solo cuanto de energía está dada por

E = hv

Donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia de la radiación. El valor de la constante de Planck es 6.63 x 10 ^-34 J  s. 

Concepto de cuanto.

Efecto Fotoeléctrico.

En 1905, solo cinco años después de que Planck presentara su teoría cuántica, Albert Einstein la utilizó para resolver otro misterio en la física, el efecto fotoeléctrico, un fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que han sido expuestos a la luz de al  menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia umbral. El número de electrones liberados, no su energía, era proporcional a la intensidad (o brillantez) de la luz. No importaba que tan intensa fuera la luz. Los electrones no se liberaban cuando la frecuencia no llagaba al umbral.

La teoría de la onda de luz no podía explicar el efecto fotoeléctrico, pero Einstein partió de una extraordinaria hipótesis al considerar que un rayo de luz es, en realidad, un torrente de partículas. Tomando como punto la teoría cuántica de Planck, Einstein dedujo que cada uno de estas partículas de luz, que ahora se conocen como fotones debe poseer una energía E, de acuerdo con la ecuación:

E = hv

Donde  es la frecuencia de la luz.

                Los electrones se mantienen unidos en el metal por fuerzas de atracción y, para emitirlos, se necesita una luz que tenga una frecuencia suficientemente alta.