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Cuantización de la energía

1900-12-14
  • Max Planck
Max Planck en un laboratorio explorando la física cuántica y la cuantización de la energía.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Energy is not continuous but comes in discrete packets called quanta. The energy [latex]E[/latex] of a single quantum of electromagnetic radiation (a photon) is directly proportional to its frequency [latex]\nu[/latex]. This relationship is defined by the Planck-Einstein relation, [latex]E = h\nu[/latex], where [latex]h[/latex] is the constante de PlanckEste concepto supuso un desafío fundamental para la física clásica.

El concepto de cuantización se originó a partir del trabajo de Max Planck sobre la radiación de cuerpo negro. La física clásica, específicamente la ley de Rayleigh-Jeans, no logró predecir con precisión la distribución espectral de la radiación térmica emitida por un cuerpo negro, lo que llevó a laultravioleta catastrophe’. To resolve this, Planck postulated in 1900 that the energy of the oscillators in the walls of the black body could only take on discrete values, proportional to an integer multiple of a fundamental unit of energy, [latex]h\nu[/latex]. This meant energy was emitted and absorbed in discrete packets, or ‘quanta’.

Esto suponía un cambio radical con respecto a la visión clásica, en la que la energía se consideraba una cantidad continua. Albert Einstein amplió esta idea en 1905 para explicar el efecto fotoeléctrico y propuso que la luz estaba compuesta por paquetes de energía discretos, que más tarde se denominarían fotones. La energía de un fotón viene dada por [latex]E = h\nu[/latex], donde [latex]h \approx 6,626 \times 10^{-34} \text{ J}. \J \cdot \text{s}[/latex]. Esta relación conecta la propiedad de partícula de la luz (paquetes de energía) con su propiedad de onda (frecuencia), sentando las bases de la dualidad onda-partícula. La cuantización de la energía no se limita a la luz; es un principio fundamental de la mecánica cuántica, que se aplica a los niveles de energía de los electrones en los átomos, a los modos vibratorios de las moléculas y a otros sistemas cuánticos.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Física cuántica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de Kirchhoff de la radiación térmica (1859)
  • Ley de Stefan-Boltzmann (1879)
  • Ley de desplazamiento de Wien (1893)
  • Ley de Rayleigh-Jeans (c. 1900)
  • Estudios sobre la radiación del cuerpo negro

Aplicaciones

  • láseres
  • explicación del efecto fotoeléctrico
  • iluminación LED
  • computación cuántica
  • relojes atómicos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Paneles solares hipereficientes que utilizan puntos cuánticos personalizados
  • Terapias médicas de frecuencia específica dirigidas a las células con luz
  • Canales de comunicación seguros basados ​​en la emisión de fotón único
  • energy harvesting from ambient electromagnetic radiation
  • Sensores basados ​​en la tecnología cuántica para detectar pequeños cambios de energía
  • convertidores directos de energía a materia
  • materia programable con estados de energía ajustables
  • dispositivos de imagen térmica de ultraprecisión
Relacionado con: cuantización, constante de Planck, radiación del cuerpo negro, fotón, niveles de energía, cuántica, frecuencia, Max Planck.

Contexto histórico

Cuantización de la energía

1900
1900
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1900-12-14
1902
1904
1907
1900
1900
1900
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1902
1902
1907
1909

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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