Modelo atómico de Bohr, Naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas elementales y Límites de aplicabilidad de la mecánica clásica y origen de la física relativista.

Modelo atómico de Bohr

El núcleo está compuesto por protones y neutrones. El número Z de protones coincide con el número de electrones en un átomo neutro. La masa de un protón o de un neutrón es aproximadamente 1850 veces la de un electrón. En consecuencia, la masa de un átomo es prácticamente igual a la del núcleo.

Sin embargo, los electrones de un átomo son los responsables de la mayoría de las propiedades atómicas que se reflejan en las propiedades macroscópicas de la materia.

El movimiento de los electrones alrededor del núcleo se explica, considerando solamente las interacciones entre el núcleo y los electrones (la interacción gravitatoria es completamente despreciable).

El modelo de Bohr es muy simple y recuerda al modelo planetario de Copérnico, los planetas describiendo órbitas circulares alrededor del Sol. El electrón de un átomo o ión hidrogenoide describe también órbitas circulares, pero los radios de estas órbitas no pueden tener cualquier valor.

Consideremos un átomo o ión con un solo electrón. El núcleo de carga Ze es suficientemente pesado para considerarlo inmóvil.

SEMANA12 SESIÓN 34	Física 2 UNIDAD 6: FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS
contenido temático	6.4 Modelo atómico de Bohr.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Emplea el modelo atómico de Bohr para explicar los espectros de emisión y absorción. Procedimentales Elaboración de modelos en  transparencias Power Point  (.pps) y manejo del proyector. Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: PC, Conexión a internet De proyección: Cañón Proyector Programas:  Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: Video el “Átomo de Bohr.”
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor  hace la presentación de la pregunta: ¿Cómo distribuyo Bohr los electrones de los átomos en su modelo atómico? Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: ¿Cómo distribuyo Bohr los electrones de los átomos en su modelo atómico ¿Quién y cómo descubrieron los electrones? ¿Quién y cómo descubrieron los protones? ¿Quién y cómo descubrieron los neutrones? ¿Cómo es el modelo atómico de Bohr? ¿En qué consiste la naturaleza dual de la materia? Equipo 3 5 1 4 6 2 Respuesta Los átomos tienen un núcleo muy pequeño en el que se concentran los protones, partículas subatómicas con carga positiva. De acuerdo con elmodelo atómico de Bohr, los electrones (partículas subatómicas con carga negativa) giran alrededor del núcleo en trayectorias denominadas órbitas. La mayor parte de la masa del átomo está concentrada en el núcleo, ya que la masa de los electrones es muy pequeña. El número de protones se denomina número atómico y determina la identidad del elemento. Así, por ejemplo, todos los átomos de sodio se caracterizan por tener 11 protones en su núcleo. Se acredita a  Joseph John Thomson  en el año de 1897 quién le da el nombre de electrón a las partículas con carga negativa (electrones) . Se le acredita a Ernest Rutherford. En 1918 lo descubrió cuando se disparan partículas alfa contra un gas de nitrógeno sus detectores de centello muestran los signos de núcleos de hidrógeno,.  El Neutrón es una partícula eléctricamente neutra, de masa 1.838 veces mayor que la del electrón.  Juntamente con los protones, los neutrones son los constitutivos fundamentales del núcleo atómico y se les considera como dos formas de una misma partícula: el nucleón.  La existencia de los neutrones fue descubierta en 1932 por Chadwick; estudiando la radiación emitida por el Berilio bombardeado con partículas. Demostró que estaba formado por partículas neutras de gran poder de penetración, las cuales tenían una masa algo superior a la del protón. Es el modelo clásico del átomo en el que se introduce una cuantifación  a partir de ciertos postulados. Trataba de explicar cómo los electrones pueden tener orbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentan espectros de emisiones características. Los electrones y todas las partículas que forman parte del microcosmos tienen un comportamiento dual. Se comportan como ondas y como corpúsculos. FASE DE DESARROLLO         El Profesor  presenta a los alumnos el video “El átomo de Bohr”, los alumnos: Numero Atómico Alumno Elemento Nombre Símbolo Numero de electrones Modelo Atómico de Bohr 1 Hidrogeno HIDROGENO H 1 2 HELIO He 2 3 LITIO Li 3 4 BERILIO Be 4 5 BORO B 5 6 7 Nitrógeno N 7 8 9 Flúor F 9 10 Neón Ne 10 11 Sodio Na 11 12 13 Aluminio Al 13 14 Silicio Si 14 15 Fosforo P 15 16 Azufre S 16 17 Cloro Cl 17 18 Argón Ar 18 19 Potasio  k 19 20 Calcio Ca 20 21 Escandio Sc 21 22 Titanio Ti 22 23 Vanadio Va 23 24 Cromo      Cr 24 25 Manganeso  Mn 25 26 Hierro Fe 26 27               Elaboran un resumen de acuerdo a las indicaciones del Profesor. El Profesor solicita a los alumnos que se numeren en forma consecutiva, y de acuerdo a su número dibujen el modelo atómico del elemento de acuerdo al modelo atómico de Bohr. Lo presenten en diapositiva Power Point. Los alumnos discuten y obtiene conclusiones. FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.

Naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas elementales

La naturaleza ondulatoria es inherente a cada cuerpo. La importancia del hecho radica en que en ocasiones la luz se comporta de una u otra forma.

Louis de Broglie postuló la dualidad en su forma:

lambda=h/mxv

Donde lambda= la longitud de onda (metros)

h=Constante de Planck (6.626x10-34 Jxs)

m=masa (kg)

v=velocidad (m/s)

No muchos años más tarde, el francés Louis de Broglie propondría en su doctorado que si la luz era una partícula y una onda a la vez, también el resto de partículas podrían serlo. El problema para detectar la onda de las partículas es que la longitud de ésta es inversamente proporcional a la masa y a la velocidad de la partícula. Por tanto, por poco grande que fuera la masa de una partícula, su onda ya era demasiado pequeña para ser observada. No obstante esto se lograría poco después en un experimento con unas partículas lo suficientemente poco masivas como para tener una onda “visible” y bastante manejable: los electrones. En el experimento se observó que los electrones tenían un comportamiento exclusivo de las ondas: la difracción. No explicaré ahora en qué consiste éste fenómeno, pero el caso es que  bastó para ver que las partículas también pueden ser descritas como ondas, con su frecuencia y su longitud de onda, demostrándose así la dualidad onda-partícula.

Todo esto no significa que cuando una partícula se mueve está “arrastrando” una onda tras de ella, sino que puede ser descrita como onda: de igual modo que puede describirse asignándole toda una serie de características propias de las partículas (masa, velocidad...), se puede describir utilizando una función de onda, es decir, también observamos las características de las ondas. Y si resulta que tiene las características que definen a una onda... es que es una onda. Lo que estamos acostumbrados a imaginar como simples partículas son entes de naturaleza dual que se comportarán como onda o como partícula según las circunstancias.

Límites de la aplicabilidad de la mecánica clásica y origen de la física relativista.

Física clásica

La física que impera hasta finales del siglo XIX se fundamenta en la relación causa-efecto (todo efecto es producido por una causa de existencia previa), en la creencia de que el único límite al conocimiento de las cosas reside en la sofisticación del aparato de medida necesario para obtenerlo y en que las leyes de la física son expresables mediante una ecuación matemática, más o menos sencilla, cuya solución es única y determinista. Concibe la transmisión del efecto con velocidad infinita (relación causa-efecto instantánea). Las herramientas de que dispone son la concepción galileana del espacio, las leyes de Newton de la dinámica y el cálculo infinitesimal.

Esta física explica en términos de ecuaciones sencillas y fenómenos bien conocidos la mayoría de los efectos  naturales observables a simple vista, dando una descripción adecuada y muy útil de ellos.

Física relativista

Tras los trabajos de A. Einstein, en los que el tiempo pasaba de ser una variable independiente del espacio a ser una variable más, acoplada a las variables espaciales, el concepto de simultaneidad de sucesos dejó de tener sentido como absoluto y pasa a depender explícitamente de la posición y estado dinámico del observador, es decir, se relativiza. Esta concepción de relatividad obligó a revisar conceptos clave como masa y energía.

La física clásica es deducida de la física relativista cuando la velocidad de los observadores es mucho menor que la velocidad de la luz, que se toma como constante universal.

SEMANA12 SESIÓN 35	Física 2 UNIDAD 6: FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS
contenido temático	6.5 Naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas elementales 6.6 Límites de aplicabilidad de la mecánica clásica y origen de la física relativista.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Conoce el comportamiento dual de los electrones. Contrasta el principio de relatividad de Galileo y las ideas de Newton con las de Einstein sobre el espacio y tiempo. Procedimentales ·       Elaboración de indagaciones bibliográficas y resúmenes ·       Presentación en equipo Preguntas ¿Cuáles son los postulados de la relatividad especial? ¿Qué dice la teoría de la relatividad especial? ¿Cuáles son los modelos matemáticos que representan los postulados? ¿En qué consiste la  equivalencia entre la masa y la energía? ¿Cuáles son las consecuencias prácticas de la equivalencia masa-energía? ¿Cuáles son los parámetros cuánticos utilizados para representar el modelo atómico cuántico? ¿Cómo han evolucionado las ciencias físicas? Equipo 3 1 5 2 4 6 Respuesta 1° dice que  todas las leyes físicas siempre  son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales 2°la velocidad de la luz es una constante universal independiente de su fuente de movimiento   La teoría de la relatividad de Einstein nació del siguiente hecho: lo que funciona para pelotas tiradas desde un tren no funciona para la luz, es decir en la física relativista se dice que la luz no se sustenta ni se ve arrastrado por ningún sistema de referencia por lo tanto las ondas electromagnéticas se mueven en un mismo sistema de referencia. Se tiene un sistema S de coordenadas  y un sistema S' de coordenadas , de aquí las ecuaciones que describen la transformación de un sistema a otro son: donde Es el llamado factor de Lorentz y  es la velocidad de la luz en el vacío. Einstein se dio cuenta de que la masa y la energía de un cuerpo aparecen siempre unidas de una manera muy conspicua en las ecuaciones de su teoría. Esto le condujo a afirmar que existe una equivalencia entre la masa y la energía expresada por la fórmula: Consecuencias La energía está dotada de una especie de inercia, y es equivalente a la materia. La masa de un cuerpo en movimiento aumenta con la velocidad.  1.-cuántico principal   2.-número cuántico secundario  3.-número cuántico magnético  4.-número cuántico de espín  1687 – Física newtoniana: Isaac Newton publica sus leyes del movi­miento, y así comienza la ciencia moderna.  1867 – Física de la teoría de campo: llevan a la visión de un universo compuesto por cam­pos de energía que interactúan mutuamente. 1900 – Física cuántica:  indica que la «realidad» puede no ser tan real y sólida como creíamos. 1905 – Física de la relatividad: Einstein sugiere que el tiempo es relativo en lugar de absoluto. Un aspecto clave es que el tiempo y el espacio no pueden ser sepa­rados y existen juntos como una cuarta dimensión. 1970 – Física de la teoría de cuerdas: describen el universo como compuesto por pequeñas cuerdas vibratorias de energía para explicar como un puente que puede servir para unir todas las teorías como un puente que puede servir para unir todas las teorías 20?? – La nueva y mejorada teoría unificada de la física: Formularán las ecuaciones que unifiquen sus explicaciones y formen una única historia. Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Información recabada del modelo atómico de acuerdo a los parámetros cuánticos.
Desarrollo del proceso	FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.

Y la recapitulación de los mismos…

SEMANA12 SESIÓN 36	Física 2 UNIDAD 6: FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS
contenido temático	RECAPITULACION 12

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Comprenderá las características del programa,  dinámica del curso y evaluación del mismo. Procedimentales ·       Elaboración de transparencias Power Point  (.pps) y manejo del proyector. ·       Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Presentación de la  información de las dos sesiones anteriores.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA  - Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos sesiones anteriores. 1. ¿Qué temas se abordaron? 2.  ¿Que aprendí?  3. ¿Qué dudas tengo? Equipo 1 2 3 4 5 6 1)Modelo atomico de Bohr, Naturaleza dual de la materia: electrones, nucleos y partículas elementales, limites de aplicabilidad de la mecánica clásica y origen de la física relativista. 2)que los protones fueron descubiertos por Rutherford en 1918, los electrones por Thomson en 1897, y los neutrones por Chadwick en 1932 3)no 1) El modelo atómico de Bhor, la naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas elementales, límites de aplicabilidad de la mecánica clásica y el origen de la física relativista. 2) Aprendimos cuál es y en qué consiste el modelo atómico de Bhor, que la naturaleza de la materia puede actuar de dos modos y el surgimiento de la física relativista. 3) No hay dudas. 1) modelo de bohr , algunas conferencias y los espectros de una emisión 2) El modelo borh , y cómo funcionan los láseres 3) ninguna 1) Modelo atómico de bohr, naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas. 2) Aprendimos que el modelo atómico de bohr fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cubanización a partir de ciertos postulaos, el núcleo es la parte central de un átomo. 3) Ninguna Duda. 1) Modelo atómico de bohr, naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas. 2) aprendimos sobre el modelo atómico de bohr y Thompson, como funcionan los laceres etc… 3) ninguna duda J 1) El modelo atómico de Bhor, la naturaleza dual de la materia: electrones, núcleos y partículas elementales, límites de aplicabilidad de la mecánica clásica y el origen de la física relativista. 2) Los protones fuerón descubiertos por Rutherfod en 1918, los neutrones por Chadwick en 1932 los electrones por Thomson 3) NINGUNA. FASE DE DESARROLLO - Les solicita que un alumno de cada equipo  lea el resumen elaborado. - El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores, modelo atómico y característica  de la relatividad. FASE DE CIERRE  El Profesor concluye con un repaso de la importancia de los Fenómenos ondulatorios Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista. Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, solicitándoles que incluyan fotos de los experimentos en el Blog que contendrá su información, asimismo se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados para presentarla al Profesor en la siguiente clase. Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.

SEMANA 12

7, 9 y 10.04.2015

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm

http://ciencia-en-red.uncachodeciencia.org/fisica/efecto_fotoelectrico_y_naturaleza_dual_de_la_materia.pdf