Contenido Naturaleza eléctrica de la materia

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Aquí mj son valores cuánticos enteros que oscilan del -j al j, con j como el valor propio del operador del momento angula total angular J, siendo:

Donde S es el operador del espín con valor propio s y L es el operador del momento angular con valor propio l. Siendo gJ el factor de Landé, que se calcula así:

El incremento de energía se puede expresar en términos de frecuencia ν y longitud de onda λ:

Las medias del efecto Zeeman generalmente implican el uso de un interferómetro Fabry-Pérot, con luz proveniente de una fuente situada en un campo magnético que pasa entre los dos espejos del interferómetro. Si δD es el cambio que se necesita para que la separación del espejo para llevar el anillo de orden m (emésimo) de la longitud de onda λ + Δλ a que coincida con el de la longitud de onda λ, y ΔD lleva al anillo (m + 1) de longitud de onda λ a que coincida con el anillo de orden m, entonces:

Sustituyendo en la anterior:

Operando es posible conseguir la relación carga masa del electrón como:

Al despejar la aceleración queda igualada a varias magnitudes que dependen solo del campo divididas entre (m/Q). Por ello a (que es una magnitud vectorial que marca tanto la trayectoria y el sentido como el incremento de la velocidad) será la misma para aquellas partículas con la misma relación masa carga, determinando que todas ellas tengan la misma trayectoria en su movimiento a través del campo.

Modelo atómico de Thomson.

A fines del siglo XIX, cuando los fenómenos eléctricos relacionados con la materia fueron observados, el físico británico Joseph Thomson (1856- 1940) descubre la existencia de los electrones, partículas que poseen carga negativa. Para demostrarlo ideó un experimento que consistía en usar un tubo de descarga o de rayos catódicos, estableciendo que los rayos impartidos eran en realidad partículas llamadas electrones. Una vez descubierto el electrón, Thompson plantea al átomo como una esfera cargada positivamente, donde estarían adheridos e inmovibles los electrones.

Características del Modelo

Introduce la idea de que el átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:

Electrones, con carga eléctrica negativa.

Protones, con carga eléctrica positiva.

Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa mucho mayor que la de electrones y protones.

Thomson considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones como pequeños granitos (de forma similar a las pepitas de una sandía).

Las insuficiencias del modelo son las siguientes:

El átomo no es macizó ni compacto como suponía Thomson, es prácticamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según demostró E. Rutherford en sus experiencias. Suponía prácticamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según e experiencias.

Modelo atómico de Rutherford.

Rutherford, científico británico, nacido en Nueva Zelanda estudio de la radioactividad, descubierta a finales del s. XIX, había conducido a la hipótesis de que el número atómico representaba el número de unidades de carga positiva del átomo y, puesto que este es neutro, también el número de electrones. La naturaleza de las distintas radiaciones que emite el radio fue establecida por E. Rutherford en 1903 y, en 1911, el propio Rutherford inició una serie de experimentos cruciales de los que surgió el concepto de núcleo atómico.

En estos experimentos, Rutherford y sus colaboradores H. Geiger y E. Marsden utilizaron una fuente de partículas y, mediante la interposición de planchas de plomo, colimaron el haz de partículas y lo dirigieron sobre una lámina de oro muy fina. Las partículas atravesaron la lámina e incidían sobre una superficie cubierta de sulfuro de zinc, provocando un centelleo. A partir de la observación de este centelleo era posible concluir que la gran mayoría de las partículas atravesaban las láminas sin sufrir, o casi sin sufrir, desviación, mientras que algunas sufrían una desviación considerable e incluso unas pocas no lograban atravesar la lámina, rebotando en ella como una pelota contra una pared. Este resultado contradecía el modelo atómico de Thomson, ya que, en caso de ser ese correcto, las partículas no deberían sufrir diferentes desviaciones. Para explicarlo, Rutherford supuso que toda la carga positiva del átomo estaba concentrada en una región, a la que se dio el nombre de núcleo, cuyo diámetro era una diezmilésima del diámetro del átomo.

Los electrones, orbitando en torno al núcleo, equilibrarían la carga positiva de éste, que estaría representada por partículas denominadas protones, de carga igual y de signo contrario a la de los electrones. La materia está así prácticamente vacía, lo que explica que la mayoría de las partículas que incidan en la lámina de oro no se desvíen, mientras que las partículas que pasan cerca del núcleo de un átomo de oro sufren fuertes desviaciones, y las que inciden directamente sobre un núcleo, rebotan.

Experimento de Millikan.

Robert A. Millikan (1868- 1953) fue un físico americano, profesor de la universidad de Chicago y más tarde director del laboratorio de Física del Instituto Tecnológico de California. Por sus investigaciones en fenómenos fotoeléctricos y la determinación de la carga del electrón, ganó el premio Nobel de Física en 1923.

El Experimento de la gota de aceite de Millikan. Un atomizador produce diminutas gotitas de aceite. Algunas de ellas caen a través del agujero de la placa superior. La irradiación con rayos X confiere a algunas de estas gotitas de aceite una carga negativa. Cuando se aumenta el voltaje entre las placas, una gota cargada positivamente cae más lentamente al ser atraída por la placa superior, cargada positivamente, y repelida por la inferior, cargada negativamente. Para un determinado voltaje, la fuerza eléctrica (hacia arriba) y la gravitacional (hacia abajo) sobre la gota se equilibran exactamente, la gota se mantiene estacionaria. Si conocemos el voltaje y la masa de la gota podemos calcular su carga. La masa de la