Saltar al contenido
MisLibrosTexto
Ad
Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

252/274

Max Planck y el origen de la teoría cuántica

📄 teoria fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
Página 252
252 de 274
Página 252 de Fisica 2° · 2024
Anterior Página 252 / 274 Siguiente

Respuesta rápida

Sin Planck no habría teoría cuántica ni moderna tecnología (láser, electrónica, tubos fluorescentes). La constante de Planck h = 6,626×10⁻³⁴ J·s permite calcular la energía de un cuanto: E = hν. La radiación se emite en cuantos indivisibles, no en forma continua.

📚 theory fisica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 252

Fisica 2° · 2024

1
Ejercicio 1

Marco de la actividad

La página es una lectura de la sección "Juntos Leemos — Texto de Física" (pág. 251) de Francisco Doménech, periodista español del diario El País. Acompaña una pregunta guía que orienta la lectura.


1
Ejercicio 1

Pregunta guía: ¿Cómo sería el progreso de la física sin las ideas de Max Planck?

Respuesta orientativa:

  1. A finales del siglo XIX la física clásica explicaba bien, por separado, el movimiento, la materia, la energía, el calor, el electromagnetismo y la luz; pero no lograba explicar la radiación emitida por los cuerpos calientes (el Sol, un metal al rojo vivo), problema conocido como la catástrofe ultravioleta.
  2. Sin el postulado de los "cuantos" —porciones indivisibles de energía E = h\nu con h = 6{,}62607015\times10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}— y sin la constante de Planck, no existirían la mecánica cuántica ni la física del mundo microscópico.
  3. Hoy no existirían tecnologías directamente ligadas a la teoría cuántica: el tubo fluorescente, el láser, la electrónica, los semiconductores, los dispositivos ópticos y gran parte de la medicina y las comunicaciones actuales.
  4. Además, sin cuantos no se podría entender la estructura del átomo, el comportamiento dual onda-partícula de los electrones y de la luz, ni la emisión de luz por otros medios distintos a calentar un metal.

Respuesta

Sin las ideas de Planck la física se habría estancado en el mundo visible, el electromagnetismo y la termodinámica clásicas; el siglo XX carecería de mecánica cuántica y la tecnología moderna (láser, electrónica, computación, semiconductores) no existiría.

2
Ejercicio 2

Comprender la idea central del texto: ¿Qué es la constante de Planck y qué propuso que significaba?

  1. Planck introdujo un número diminuto, con treinta y cuatro ceros a la izquierda, en sus ecuaciones para hacer que cuadraran los datos experimentales de la radiación de los cuerpos calientes.
  2. Ese número hoy se denomina constante de Planck, h = 6{,}62607015\times10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}.
  3. Meses después comprendió su significado físico: la energía no se emite en forma continua, sino en porciones indivisibles llamadas cuantos.
  4. La energía de un cuanto se calcula con E = h\,\nu donde \nu es la frecuencia de la radiación.

Respuesta

La constante de Planck h relaciona la energía de un cuanto con la frecuencia de la radiación, mediante E = h\nu; la energía se emite en paquetes indivisibles, no de forma continua.

Ad
3
Ejercicio 3

Vida y obra de Planck, según el texto (línea de tiempo):

Año Evento
1858 Nace Max Planck en Alemania
1877 aprox. Sus profesores le recomiendan dedicarse a las Matemáticas
1900 Pone la primera piedra de la teoría cuántica
1918 Recibe el Premio Nobel de Física
Años 30 Los nazis toman el poder; Planck preside la Sociedad Germana de las Ciencias y luego dimite
Fin Segunda Guerra Mundial Pierde sus notas científicas en un bombardeo; su hijo es ejecutado acusado de conspirar para asesinar a Hitler
1947 Muere Max Planck

Respuesta

El texto sitúa la gran ruptura en 1900 (teoría cuántica), el reconocimiento en 1918 (Nobel) y los años finales de la vida de Planck, marcados por el nazismo y la guerra.

4
Ejercicio 4

Completar según el texto: Complete las afirmaciones con los datos correctos.

a) El físico alemán que cambió nuestra visión del mundo es ______, nacido en ______.

b) La teoría cuántica se fundó en el año ______.

c) El número diminuto con 34 ceros a la izquierda que introdujo Planck se llama ______.

d) La energía sale disparada en pequeñas porciones indivisibles llamadas ______.

e) Antes de Planck, la radiación se entendía como un ______ de energía.

Respuestas: a) Max Planck, Alemania (1858–1947); b) 1900; c) constante de Planck; d) cuantos; e) chorro continuo.


5
Ejercicio 5

Justificar con la física: Si un clavo se calienta cada vez más, ¿por qué su luz va cambiando de color?

  1. Todo cuerpo emite radiación electromagnética a causa de su temperatura; cuanta mayor es la temperatura, mayor es la energía de los fotones emitidos.
  2. La relación entre energía y frecuencia es E = h\nu, de modo que a mayor energía corresponde mayor frecuencia.
  3. Para \nu en el rango visible, mayor frecuencia significa color hacia el azul y el violeta.
  4. Por eso un clavo que se calienta pasa de la radiación infrarroja (invisible) al rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.
Respuesta

Al aumentar la temperatura aumenta la energía de los cuantos emitidos (E = h\nu), y con ella la frecuencia de la luz, lo que desplaza el color desde el infrarrojo/rojo hacia el violeta.

Contenido de la página

Alguna vez has pensado...

¿Cómo sería el progreso de la física sin las ideas de Max Planck?

Max Planck

Si los físicos escribieran la Historia, estaríamos en el siglo II de nuestra era, más concretamente en el año 116 después de Planck, el físico alemán que cambió nuestra visión del mundo cuando puso la primera piedra de la teoría cuántica en el año 1900 (de la era cristiana). Y eso que algunos de sus profesores le habían recomendado que se dedicase a las Matemáticas, que la Física no tenía futuro. Cuando Max Planck (1858-1947) entró en la universidad parecía que en la Física todo estaba descubierto. A finales del siglo XIX el movimiento, la materia, la energía, el calor, el electromagnetismo y la luz se entendían muy bien por separado, pero no tanto cuando se relacionaban.

Por ejemplo, los físicos tenían problemas para explicar la forma en que los cuerpos calientes irradian energía. El cuerpo humano emite radiación infrarroja, no está lo suficientemente caliente como para emitir luz visible; pero sí lo están el Sol o un clavo al rojo vivo. Si el clavo se calienta aún más, en su luz irá predominando el naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

Esto no había manera de encajarlo con ninguna fórmula construida según las reglas de la Física clásica, así que a los 42 años Planck decidió saltarse esas normas y se sacó de la manga un número fijo, con treinta y cuatro ceros a la izquierda, que introdujo entre las incógnitas de sus ecuaciones. En principio usó ese número diminuto solo porque le permitía resolver el problema, pero meses después se dio cuenta de lo que significaba: la radiación no era un chorro continuo de energía, sino que la energía salía disparada en pequeñas porciones indivisibles, a las que llamó "cuantos".

Aquello le sonaba tan ridículo como si al pulsar una tecla de su órgano oyese un sonido intermitente, entrecortado. Planck era un buen músico. Los conciertos que daba en su casa de Berlín servían de plácida reunión a consagrados científicos, teólogos, filósofos y lingüistas. Nada más lejos de su intención que poner ese mundillo intelectual patas arriba; y de hecho, él fue el primero en desconfiar de su teoría cuántica y trató por todos los medios de librarse de aquel número diminuto (de revolucionarias implicaciones), que hoy llamamos la constante de Planck.

Pero no lo logró, y su teoría cambió la Física para siempre, por lo que recibió el Nobel en 1918. Tampoco pudo parar a los nazis, que en los años 30 subieron al poder y también acabaron controlando y usando para sus intereses bélicos la Sociedad Germana de las Ciencias, presidida por Planck. Entonces, él dimitió. Aguantó en Alemania hasta el final de la Segunda Guerra Mundial, a pesar de que perdió todas sus notas científicas en un bombardeo y de que su hijo fue ejecutado, acusado de conspirar para asesinar a Hitler.

A pesar de la resistencia inicial, primero Einstein y luego muchos otros científicos adoptaron las ideas cuánticas de Planck para explicar que las ondas de luz a veces se comportan como un chorro de partículas y que los electrones que giran en los átomos son al mismo tiempo partículas y ondas; o para descubrir que hay más formas de conseguir luz que hacer fuego o calentar un metal.

Los beneficios fueron enormes: el tubo fluorescente, el láser, la electrónica... Gracias a Planck y su teoría cuántica, la física ya se podía aplicar a lo infinitamente pequeño, pero a cambio se convirtió en algo que supera nuestra imaginación: un electrón ocupa al mismo tiempo todos los puntos de su órbita, puede saltar a otra órbita sin pasar por ningún punto intermedio y su trayectoria es impredecible, al contrario que la de un objeto en movimiento, como una bala.

Al menos la Física clásica seguía sirviendo para las cosas que vemos con nuestros propios ojos. Como dijo Bohr, el primero en usar la cuántica para describir el átomo: "Si nada de esto te parece chocante, es que no lo has entendido".

Francisco Doménech — Tomado de https://bit.ly/2Vwlq9B (13/03/2019). Francisco Doménech (1974). Periodista español. Escribe para el diario El País, de España.

Nota: el texto es material de divulgación; las formulaciones de divulgador se mantienen tal cual en la fuente original.

Ejemplos resueltos

Un cuerpo se calienta y comienza a emitir luz visible. ¿Por qué cambia el color cuando la temperatura sigue aumentando?

  1. La energía de cada cuanto emitido se calcula como E = h\nu.
  2. Al aumentar la temperatura, aumenta la energía de los cuantos emitidos.
  3. Como h es constante, mayor E implica mayor \nu.
  4. En el espectro visible, mayor frecuencia corresponde a colores hacia el azul y el violeta: el color se desplaza del rojo al naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

¿Por qué el cuerpo humano no emite luz visible, a diferencia del Sol o de un clavo al rojo vivo?

  1. La temperatura del cuerpo humano es baja comparada con la del Sol o de un metal incandescente.
  2. La energía de sus cuantos emitidos (E = h\nu) es pequeña, por lo que la frecuencia \nu corresponde al infrarrojo, fuera del rango visible.
  3. Por eso el cuerpo humano emite radiación infrarroja y solo se ve su luz si el objeto está a temperatura muy elevada.

Tablas (2)

Año Evento en la vida de Max Planck
1858 Nace Max Planck en Alemania
1877 aprox. Sus profesores le recomiendan dedicarse a las Matemáticas
1900 Pone la primera piedra de la teoría cuántica
1918 Recibe el Premio Nobel de Física
Años 30 Los nazis toman el poder; Planck preside la Sociedad Germana de las Ciencias y dimite
Segunda Guerra Mundial Pierde sus notas científicas en un bombardeo; su hijo es ejecutado
1947 Muere Max Planck
Concepto Física clásica (fines del s. XIX) Física cuántica (desde 1900)
Energía Continua Cuantizada en porciones indivisibles (cuantos)
Radiación de cuerpos calientes No se pudo explicar Explicada por la constante de Planck
Electrón en el átomo Trayectoria definida, como una bala Ocupa todos los puntos de la órbita; salta entre órbitas; trayectoria impredecible
Luz Onda A veces se comporta como chorro de partículas
Aplicaciones Mecánica y termodinámica del mundo visible Láser, electrónica, tubos fluorescentes, semiconductores

Diagramas (2)

timeline
    title Max Planck (1858-1947)
    1858 : Nace Max Planck en Alemania
    1877 : Sus profesores le aconsejan estudiar Matemáticas
    1900 : Pone la primera piedra de la teoría cuántica
    1918 : Recibe el Premio Nobel de Física
    Años 30 : Los nazis toman el poder y controlan la Sociedad Germana de las Ciencias
    WWII : Pierde sus notas en un bombardeo; su hijo es ejecutado
    1947 : Muere Max Planck
flowchart TD
    A[Cuerpo caliente] -->|Emite radiación| B[Cuantos de energía E = hν]
    B -->|Mayor temperatura| C[Energía por cuanto mayor]
    C --> D[Frecuencia de la luz mayor]
    D --> E[Color: rojo → naranja → amarillo → verde → azul → violeta]
    B --> F[Teoría cuántica]
    F --> G[Tubo fluorescente]
    F --> H[Láser]
    F --> I[Electrónica]

Fórmulas y ecuaciones

Energía de un cuanto: E = hν

Constante de Planck: h = 6,62607015×10⁻³⁴ J·s

Relación entre frecuencia y longitud de onda: λ = c/ν

E = h\,\nu

h = 6{,}62607015\times10^{-34}\ \text{J}@@MATH_0@@\text{s}

\lambda = \dfrac{c}{\nu}

E = m c^{2}

Glosario (8)

Teoría cuántica
Conjunto de principios físicos que describe el comportamiento de la materia y la energía en escalas muy pequeñas, donde la energía se intercambia en porciones indivisibles llamadas cuantos.
Cuantos
Pequeñas porciones indivisibles de energía en las que se emite la radiación electromagnética; en luz, el cuanto es el fotón.
Constante de Planck
Número fijo con 34 ceros a la izquierda de la coma, h = 6,62607015×10⁻³⁴ J·s, que relaciona la energía de un cuanto con la frecuencia de la radiación.
Radiación infrarroja
Radiación electromagnética de frecuencia menor que la de la luz visible, emitida por cuerpos no lo suficientemente calientes para emitir luz visible, como el cuerpo humano.
Radiación de los cuerpos calientes
Emisión electromagnética que producen los cuerpos al tener temperatura; a mayor temperatura, mayor energía y frecuencia de la luz emitida.
Dualidad onda-partícula
Propiedad de la luz y los electrones de comportarse, según el caso, como ondas o como partículas.
Nobel de Física 1918
Reconocimiento concedido a Max Planck por su teoría cuántica, que cambió para siempre la física.
Sociedad Germana de las Ciencias

Preguntas para practicar

¿Cómo sería el progreso de la física sin las ideas de Max Planck?

La física se habría detenido en los modelos clásicos del mundo visible; sin la teoría cuántica no existirían el láser, la electrónica, los tubos fluorescentes ni los semiconductores, y no se comprendería la estructura del átomo ni el comportamiento de la luz.

¿Por qué a Planck le sonaba "tan ridículo" su propia teoría?

Planck era un físico formado en la física clásica y también músico: la idea de que la energía se emitiera de forma intermitente, en saltos, le recordaba a un sonido entrecortado al pulsar las teclas del órgano, algo contrario a la continuidad que exige la física clásica.

¿Qué frase de Niels Bohr resume la naturaleza de la física cuántica según el texto?

"Si nada de esto te parece chocante, es que no lo has entendido": Bohr subraya que la física cuántica es contraintuitiva y que su aparente absurdidad es justamente su característica esencial.

Temas y conceptos clave

Biografía de Max PlanckEl problema de la radiación de los cuerpos calientesLos cuantos de energíaLa constante de PlanckImplicaciones de la teoría cuánticaAplicaciones tecnológicas de la teoría cuánticaFísica clásica vs. física cuánticateoría cuánticacuantosconstante de Planckradiación infrarrojaradiación del cuerpo negrofrecuencia de la radiacióndualidad onda-partículaemisión de luz

Fuentes y referencias

  • Francisco Doménech (2019). "Max Planck". Tomado de https://bit.ly/2Vwlq9B (13/03/2019). El País, España.
  • Constante de Planck: CODATA / NIST, h = 6,62607015×10⁻³⁴ J·s (definición exacta desde 2019).
¿Te fue útil esta página?

Preguntas que la gente también hace

¿Quién fue Max Planck y qué aportó a la física?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué es la constante de Planck y cuál es su valor?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué la teoría cuántica cambió la física del siglo XX?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Conceptos básicos de energía, temperatura y luz visible
  • • Frecuencia y longitud de onda de la luz electromagnética
  • • Nociones de historia de la ciencia (física clásica a fines del siglo XIX)
Siguiente tema sugerido
La constante de Planck y la energía de los fotones: problemas de aplicación numérica (E = hν).
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 4112 caracteres

Alguna vez has pensado...

¿Cómo sería el progreso de la física sin las ideas de Max Planck?

Max Planck

Si los físicos escribieran la Historia, estaríamos en el siglo II de nuestra era, más concretamente en el año 116 después de Planck, el físico alemán que cambió nuestra visión del mundo cuando puso la primera piedra de la teoría cuántica en el año 1900 (de la era cristiana). Y eso que algunos de sus profesores le habían recomendado que se dedicase a las Matemáticas, que la Física no tenía futuro. Cuando Max Planck (1858-1947) entró en la universidad parecía que en la Física todo estaba descubierto. A finales del siglo XIX el movimiento, la materia, la energía, el calor, el electromagnetismo y la luz se entendían muy bien por separado, pero no tanto cuando se relacionaban.

Por ejemplo, los físicos tenían problemas para explicar la forma en que los cuerpos calientes irradian energía. El cuerpo humano emite radiación infrarroja, no está lo suficientemente caliente como para emitir luz visible; pero sí lo están el Sol o un clavo al rojo vivo. Si el clavo se calienta aún más, en su luz irá predominando el naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

Esto no había manera de encajarlo con ninguna fórmula construida según las reglas de la Física clásica, así que a los 42 años Planck decidió saltarse esas normas y se sacó de la manga un número fijo, con treinta y cuatro ceros a la izquierda, que introdujo entre las incógnitas de sus ecuaciones. En principio usó ese número diminuto solo porque le permitía resolver el problema, pero meses después se dio cuenta de lo que significaba: la radiación no era un chorro

continuo de energía, sino que la energía salía disparada en pequeñas porciones indivisibles, a las que llamó “cuantos”.

Aquello le sonaba tan ridículo como si al pulsar una tecla de su órgano oyese un sonido intermitente, entrecortado. Planck era un buen músico. Los conciertos que daba en su casa de Berlín servían de plácida reunión a consagrados científicos, teólogos, filósofos y lingúistas. Nada más lejos de su intención que poner ese mundillo intelectual patas arriba; y de hecho, él fue el primero en desconfiar de su teoría cuántica y trató por todos los medios de librarse de aquel número diminuto (de revolucionarias implicaciones), que hoy llamamos la constante de Planck.

Pero no lo logró, y su teoría cambió la Física para siempre, por lo que recibió el Nobel en 1918. Tampoco pudo parar a los nazis, que en los años 30 subieron al poder y también acabaron controlando y usando para sus intereses bélicos la Sociedad Germana de las Ciencias, presidida por Planck. Entonces, él dimitió. Aguantó en Alemania hasta el final de la Segunda Guerra Mundial, a pesar de que perdió todas sus notas científicas en un bombardeo y de que su hijo fue ejecutado, acusado de conspirar para asesinar a Hitler.

A pesar de la resistencia inicial, primero Einstein y luego muchos otros científicos adoptaron las ideas cuánticas de Planck para explicar que las ondas de luz a veces se comportan como un chorro de partículas y que los electrones que giran en los átomos son al mismo tiempo partículas y ondas; o para descubrir que hay más formas de conseguir luz que hacer fuego o calentar un metal.

Los beneficios fueron enormes: el tubo fluorescente, el láser, la electrónica... Gracias a Planck y su teoría cuántica, la física ya se podía aplicar a lo infinitamente pequeño, pero a cambio se convirtió en algo que supera nuestra imaginación: un electrón ocupa al mismo tiempo todos los puntos de su órbita, puede saltar a otra órbita sin pasar por ningún punto intermedio y su trayectoria es impredecible, al contrario que la de un objeto en movimiento, como una bala.

Al menos la Física clásica seguía sirviendo para las cosas que vemos con nuestros propios ojos. Como dijo Bohr, el primero en usar la cuántica para describir el átomo: “Si nada de esto te parece chocante, es que no lo has entendido”.

Francisco Doménech Tomado de https:/bitly/2VwIq9B (13/03/2019) Francisco Doménech (1974). Periodista español. Escribe para el diario El País, de España.

Texto de Física (757

Ad

Otros libros recomendados

Ver todos →
Ad

Usamos cookies propias y de terceros para personalizar contenido, mostrar publicidad y analizar el tráfico. Las cookies necesarias siempre están activas.