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Energía del fotón

Transcripción del video

hemos tratado a la luz como una onda y la hemos dibujado como una ondulación con una ruta continua de campos oscilatorios magnéticos y eléctricos que viajan en 7 dirección y por qué no deberíamos tratarla como la xiv cuando la hacemos pasar por una ranura esta radiación electromagnética se va a dispersar tendrá disfraz john que es cómo se comportan las ondas o si dejamos que se superponga consigo misma tenemos una honda en cierta región y se le alinea perfectamente con otra onda electromagnética tendremos interferencia constructiva y si la honda está desfasada entonces tendremos interferencia destructiva que es lo que las ondas hacen así que por qué no deberíamos llamar honda a la radiación electromagnética esto es lo que todos pensaban pero a finales del siglo 19 y principios del siglo 20 los científicos descubrieron algo sorprendente descubrieron que la luz y toda la radiación electromagnética mostraban comportamiento de partícula y no me refiero a que esté localizada en una región del espacio ya que las ondas también pueden encontrarse en un lugar en el espacio si enviamos aquí una onda que sea un pulso el pulso de esta onda está localizado pues está viajando por aquí y luce como una partícula pero no es a esto a lo que nos referimos nosotros hablamos de algo más dramático nos referimos a que los físicos descubrieron que la luz las partículas de luz sólo pueden depositar cierta cantidad de energía en particular sólo cantidades discretas de energía hay cierto pedazo de energía que es lo que la luz puede entregar no más y no menos que eso y es por eso que llamamos mecánica cuántica lo de quántico significa un salto discreto no menos que esto así que como le llamamos a estas partículas de los les llamamos fotones y como los dibujamos no es tan sencillo ahora sabemos que la luz se comporta como honda y como partícula así que podemos dibujar los como pequeñas líneas onduladas aquí tenemos un fotón aquí tenemos otro fotón iess el problema principal con la dualidad honda partícula el hecho de que la luz y todo lo demás puede tener propiedades de honda y de partícula no conocemos nada parecido a esto y no podemos visualizar lo mentalmente porque nada en nuestra experiencia cotidiana se comporta así tanto como honda y como particular al mismo tiempo por lo que no sé es casi imposible dibujar una representación visual de esto pero siempre es bueno dibujar algo y por eso dibujamos hacía los fotones lo que quiero decir es que imaginen que tenemos o un detector aquí que pueden medir la energía de la luz que recibe de una fuente de luz si este detector es lo suficientemente sensible entonces detectara nada de energía o un salto o nada de energía y hoy de nuevo un salto no podrá detectar nada intermedio imaginan que el salto es de tres unidades de energía no especificamos que unidades sólo decimos que son tres unidades de energía si esta fuera la cantidad de energía de un fotón y estos fotones tuvieran tres unidades de energía podríamos detectar nada de energía o únicamente tres unidades de energía completas no podemos absorber la mitad de esta energía ni pueda absorber una unidad de energía o dos unidades de energía o se absorbe todo o no se absorbe nada y es por eso que es mecánica cuántica por el comportamiento discreto de la luz que deposita toda su energía como una partícula o nada en absoluto cuánta energía tenemos una fórmula para esto la cantidad de energía en un fotón se determina por la fórmula la constante de planck h&h es la letra que usamos para la constante de planck la multiplicamos por efe y es una fórmula muy sencilla está eje es la frecuencia y cuánto vale la constante de planck plan fue básicamente el padre de la mecánica cuántica y fue el primero en calcular el valor de esta constante y propuso que la luz sólo puede depositar su energía en cantidades disque tras la constante de planck es extremadamente pequeña 6.626 por 10 a la -34 jules por segundo 10 a la -34 hay pocas cantidades en la física que sean tan pequeñas como ésta se multiplica por la frecuencia que es la frecuencia regular el número de oscilaciones por segundo medida en hertz ahora vamos a tratar de averiguar por qué los físicos no habían encontrado esto antes y la razón es que la constante de planck es tan pequeña que la energía de estos fotones es extremadamente pequeña la granularidad de esta cantidad de energía que está siendo depositada es tan pequeña que luce casi plana y no podemos distinguir la existencia de algo tan pequeño o al menos es muy difícil hacerlo aquí yo me inventé esto de tres unidades pero la cantidad real para digamos la luz violeta la energía de un fotón de luz violeta es la frecuencia de la luz violeta 7.5 por 10 a la 14 hertz así que tomamos este número y lo multiplicamos por la constante de planck 6.626 por 10 a la -34 jules por segundo y tenemos que la energía de un fotón violeta es de 5 por 10 a la -19 news 5 por 10 a la -19 jules es extremadamente pequeño algo muy difícil de notar el que la energía discreta sea tan pequeña es como el agua imaginen el agua en el lavabo agua que escurre afuera del lavabo luce continua aunque sabemos que en realidad son moléculas individuales y podemos tener moléculas de agua o ausencia de moléculas de agua o cantidades discretas de moléculas de agua pero son tantas y tan pequeñas que no podemos distinguir las individualmente y nos parece el agua completamente continua lo mismo sucede con esta luz la energía de cada uno de estos fotones violetas es muy pequeña de hecho si quieres ver qué tan pequeña es imaginar una pelota de béisbol y a un jugador profesional de béisbol imaginen que al jugador le lanzan una bola rápida y lab a batear con unos 100 jules de energía cuando los fotones necesitaremos para igualar la energía con la que se batió la pelota de béisbol necesitaremos 2 trillones de estos fotones para igualar la energía usada en este batazo y es por eso que no vemos esto a escala macroscópica así que básicamente la luz es continua a nivel macroscópico puede depositar lo que quiera de energía porque la escala es tan pequeñas pero si la vemos de cerca nos daremos cuenta de que la luz sólo puede depositar energía en cantidades discretas aunque con esto no quiero decir que la luz sólo deposite cantidades pequeñas de energía la luz también puede depositar cantidades grandes de energía pero la entrega también en cantidades discretas vamos a quitar todo esto y pensemos lo de esta manera vamos a tener un receptor que registra la cantidad de energía que absorbe y la gráfica que como la cantidad de energía por el tiempo aquí tenemos los ejes de energía por tiempo y en el detector a nivel macroscópico vemos que absorbe una gran cantidad de energía y la gráfica a nivel macroscópico puede verse así en donde tenemos cada vez más energía pero microscópicamente si viéramos esto no teníamos que aquí se absorbió la energía de un fotón aquí se absorbió otro aquí otros más y seguimos absorbiendo muchos de estos fotones que se acumulan así que estamos absorbiendo mucha energía lo cual está muy bien pero si vemos esto muy de cerca no tenemos este patrón de escalera que surge de absorber una cantidad particular de fotones individuales quizás sea absorbido entre simultáneamente y en otro momento se absorbieron 4 pero no podemos absorber algo intermedio como una fracción de fotón para que esto se vuelva completamente continuo tiene que ser una absorción de energía de todo o nada con cada fotón aún luzca suave y parejo a escala macroscópica a escala microscópica resalta el hecho de que la energía de la luz llega en porciones discretas de escritas por esta ecuación que nos da la energía de fotones individuales