fisica moderna

La física moderna comienza a principios siglo XX, cuando el alemán Max Planck, investiga sobre el “cuanto” de energía, Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica, por ello nace esta nueva rama de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. (También se le llama física cuántica).
En los temas anteriormente tratados, la física clásica no servía para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, el cual le costo adaptarse a los físicos de la época.
En 1905, Albert Einstein, publicó una serie de trabajos que revolucionaron la física de ese entonces, que trataban de “La dualidad onda-partícula de la luz”, “La teoría de la relatividad” entre otros, además, años más tarde se descubre por medio de telescopios la existencia de otras galaxias, la superconductividad, el estudio del núcleo del átomo, y otros, logran que años más tarde, surgieran avances tecnológicos, como la invención del televisor, los rayos x, el radar, fibra óptica, el computador etc.
La misión final de la física actual, es comprender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza: la gravedad, el electromagnetismo, la energía nuclear fuerte y la nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.
Casi todo lo planteado en el siglo XIX, fue puesto en duda y al final fue remplazado durante el siglo XX, de esta misma manera puede ocurrir ya que existen investigaciones más complejas, y los nuevos conocimientos que se irán adquiriendo durante este nuevo siglo.
En sí, se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

mecanica cuantica

La mecánica cuántica es la última de las grandes ramas de la física. Comienza a principios del siglo XX, en el momento en que dos de las teorías que intentaban explicar lo que nos rodea, la ley de gravitación universal y la teoría electromagnética clásica, se volvían insuficientes para explicar ciertos fenómenos. La teoría electromagnética generaba un problema cuando intentaba explicar la emisión de radiación de cualquier objeto en equilibrio, llamada radiación térmica, que es la que proviene de la vibración microscópica de las partículas que lo componen. Pues bien, usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, la energía que emitía esta radiación térmica daba infinito si se suman todas las frecuencias que emitía el objeto, con ilógico resultado para los físicos.
Es en el seno de la mecánica estadística donde nacen las ideas cuánticas en 1900. Louis de Broglie propuso que cada partícula material tiene una longitud de onda, asociada inversamente proporcional a su masa, (le llamó momentum), y dada por su velocidad. Al físico Max Planck se le ocurrió un truco matemático: que si en el proceso aritmético se sustituía la integral de esas frecuencias por una suma no continua se dejaba de obtener un infinito como resultado, con lo que eliminaba el problema y, además, el resultado obtenido concordaba con lo que después era medido. Fue Max Planck quién entonces enunció la hipótesis de que la radiación electromagnética es absorbida y emitida por la materia en forma de cuantos de luz o fotones de energía mediante una constante estadística, que se denominó constante de Planck. Su historia es inherente al siglo XX, ya que la primera formulación cuántica de un fenómeno fue dada a conocer el 14 de diciembre de 1900 en una sección de la Sociedad Física de la Academia de Ciencias de Berlín por el científico alemán Max Planck.[1]
La idea de Planck hubiera quedado muchos años sólo como hipótesis si Albert Einstein no la hubiera retomado, proponiendo que la luz, en ciertas circunstancias, se comporta como partículas independientes de energía (los cuantos de luz o fotones). Fue Albert Einstein quién completó en 1905 las correspondientes leyes de movimiento con lo que se conoce como teoría especial de la relatividad, demostrando que el electromagnetismo era una teoría esencialmente no mecánica. Culminaba así lo que se ha dado en llamar física clásica, es decir, la física no-cuántica. Usó este punto de vista llamado por él “heurístico”, para desarrollar su teoría del efecto fotoeléctrico. Publicó esta hipótesis en 1905 y le valió el Premio Nobel de 1921. Esta hipótesis fue aplicada también para proponer una teoría sobre el calor específico, es decir la que resuelve cual es la cantidad de calor necesaria para aumentar en una unidad la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo.
Las velocidades de las partículas constituyentes no deben ser muy altas, o próximas a la velocidad de la luz.
La mecánica cuántica rompe con cualquier paradigma de la física hasta ese momento, con ella se descubre que el mundo atómico no se comporta como esperaríamos. Los conceptos de incertidumbre, indeterminación o cuantización son introducidos por primera vez aquí. Además la mecánica cuántica es la teoría científica que ha proporcionado las predicciones experimentales más exactas hasta el momento, a pesar de estar sujeta a las probabilidades.

INTRODUCCION:

Ante la imposibilidad de convertir el calor en trabajo mecánico. Constituye una de las leyes fundamentales de la naturaleza. Es, además, la base de una de los enunciados de la segunda ley de la termodinámica. Dichos enunciados son el de Lord Kelvin y Max Plank, quienes simultáneamente, y en forma equivalente, dieron a conocer sus enunciados, y el de Rudolf Clausius.
*El enunciado de kelvin declara que:
No existe ninguna maquina térmico que convierta todo el calor que se le suministra en trabajo mecánico.
*Por otra parte, el enunciado d e Clausius declara que:
es imposible para cualquier proceso tener como único resultado la transferencia d e calor de un cuerpo frio a uno caliente.
Como se observa la segunda ley de la termodinámica se refiere a un aspecto de la naturaleza distinto al considerado por la primera ley: esta niega la posibilidad de crear o destruir la energía; aquella excluye l posibilidad de utilizar la energía en determinadas formas.
El concepto de entropía fue introducido por Rudolf Clausius de manera puramente teórica, ya que hasta la fecha no existe instrumento que pueda medirlo.
La entropía-termino ideado por el mismo Clausius –esta directamente relacionado con la irreversibilidad y la dirección de los procesos naturales, como el flujo calorífico y la conversión del trabajo mecánico en calor.
En general, podrás darte cuenta a lo largo de este texto que la segunda ley de la termodinámica es un principio físico que especifica la dirección en la cual se puede realizar un proceso termodinámico.

Segunda Ley de la Termodinamica↓)

Concepto y enunciados de La Segunda Ley de la Termodinámica

(porqué necesitamos la segunda ley?)

La expansión no restringida o el equilibrio de temperaturas de dos bloques o ladrillos, son procesos familiares. Supongamos que nos preguntan si hemos visto estos procesos que ocurran al revés, es decir que ocurran en sentido contrario. Es posible que dos bloques, ambos con temperatura media, vayan a estados donde uno tiene mayor temperatura que el otro?. La experiencia nos indica que no es posible. Aunque es tal proceso no viola o se contrapone a la Primera Ley de la Termodinámica. En otras palabras, la primera ley no prohibe que el proceso antedicho ocurra. Es claro que debe haber otro "gran principio" que describe la dirección en la que ocurre el proceso natural, y que debe estar en acuerdo con la Primera Ley. Este gran principio está contenido en La Segunda Ley de la Termodinámica". Al igual que la primera ley, esta es una generalización de una enorme cantidad de observaciones.
Existen varias maneras en que la Segunda Ley de la Termodinámica puede ser establecida o indicada. A continuación se lista tres de las más empleadas. Si bien estas tres parecen no tener conexión entre ellas, todas son equivalentes entre si.
1. Es imposible para cualquier dispositivo que funcione en un ciclo recibir calor de un solo depósito o reservorio y producir una cantidad neta de trabajo [enunciado de Kelvin-Plank para la Segunda Ley].

Máquina térmica que viola la Segunda Ley [Kelvin-Plank]

2. Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y cuyo único efecto sea producir la transferencia de calor de un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta.

Para , esto resulta imposible (Clausius).

3. para cada sistema termodinámico en equilibrio una propiedad escalar extensiva llamada entropía,(S) , tal que en un cambio de estado reversible infinitesimal del sistema , donde ,(T),es la temperatura absoluta y ,(dQ),es la cantidad de calor recibida por el sistema. La entropía de un sistema aislado térmicamente no puede disminuir y la entropía es constante si y solamente si todos los procesos son reversibles.

ds = (dQreversible)/T

Cabe señalar que nadie, absolutamente nadie, ha logrado extender la definición termodinámica de entropía para sistemas que se encuentran en estados fuera de equilibrio, excepto en lo que se conoce como equilibrio local y, en este caso, no es más que el concepto de equilibrio global extrapolado para regir en pequeños subsistemas que componen al sistema total.