Constante de Planck: fórmula y aplicación

¿Qué es la constante de Planck?

La constante de Planck es un número que describe el tamaño de los paquetes de energía (o ‘cuantos’) que están contenidos en la luz. Estos paquetes de energía se denominan fotones. La constante de Planck recibe el símbolo h en física y numéricamente es igual a 6.63 x 10 ^ -34 Joule segundos.

Hacia fines del siglo XIX, Planck estaba trabajando para comprender la radiación del cuerpo negro, un tipo de radiación que sería emitida por un absorbente y emisor perfecto de radiación. Esto está muy cerca del tipo de radiación que recibimos del sol. Planck creó con éxito una ecuación para describir la radiación de cuerpo negro, pero luego se dio cuenta de que su solución era una de muchas, que podría conducir a muchos valores diferentes de energía producida.

En un último intento por hacer que sus ideas funcionen, propuso que la energía de la luz no era una cantidad continua: no se podía tener absolutamente ningún valor de energía. Más bien, la luz debe contener paquetes de energía de un tamaño particular. Aunque fue un acto de desesperación, resultó tener razón y ganó un premio Nobel en 1918 por su trabajo.

Ecuación

Si bien la constante de Planck ahora se puede encontrar en muchas ecuaciones, la ecuación que define la constante de Planck se llama relación de Planck-Einstein y se ve así: E = hf .

Aquí, E es la energía de cada paquete (o ‘cuantos’) de luz, medida en julios; f es la frecuencia de la luz, medida en hercios; y h es, por supuesto, la constante de Planck. Entonces, la constante describe cómo tomar la frecuencia (o color) de la luz y usarla para determinar el tamaño de los paquetes de energía (o fotones) que contiene.

Es una ecuación bastante sencilla, pero que fue parte de una revolución en la física. La comprensión de la existencia de estos ‘cuantos’ llevó durante las siguientes décadas al desarrollo de la mecánica cuántica, un tema que ha revolucionado la física y, a su vez, ha dado lugar a enormes avances en el mundo.

Ejemplo

Veamos un ejemplo. Digamos que está iluminando una luz azul de frecuencia 6.2 x 10 ^ 14 hercios sobre una pieza de metal, lo que hace que se produzcan electrones en la superficie. ¿Cuánta energía contiene cada fotón de luz?

Para resolver esto, simplemente conectamos números en la relación de Planck-Einstein. Sabemos que la frecuencia es 6.2 x 10 ^ 14, y la constante de Planck es siempre 6.63 x 10-34. La energía es solo h multiplicada por f , así que multiplica esos dos números y obtenemos 4.1 x 10 ^ -19 julios. Y eso es. Esa es nuestra respuesta.

Aplicaciones

La constante de Planck está en el corazón de la mecánica cuántica, por lo que cualquier aplicación de la mecánica cuántica es esencialmente una aplicación de la constante de Planck. La mecánica cuántica ha tenido un gran éxito en explicar muchas de las características del universo, desde las partículas subatómicas hasta explicar por qué funcionan los enlaces químicos. Y esta comprensión condujo al desarrollo de muchas tecnologías. Siempre que algo funciona en una escala pequeña, se deben tener en cuenta los principios de la mecánica cuántica.

Las tecnologías que se basan en la mecánica cuántica incluyen láseres, el transistor (que se encuentra en todos los circuitos), escáneres de resonancia magnética en hospitales, televisores de pantalla plana, unidades flash, CCD en cámaras digitales … hay demasiados para enumerar. Nuestras vidas serían completamente diferentes sin la mecánica cuántica y, por tanto, sin la constante de Planck.

Resumen de la lección

La constante de Planck es un número que describe el tamaño de los paquetes de energía (o ‘cuantos’) que están contenidos en la luz. Estos paquetes de energía se denominan fotones. Se le da el símbolo h en física y numéricamente es igual a 6.63 x 10 ^ -34 Joule segundos. La idea fundamental es que la energía de la luz no es una cantidad continua; no se puede tener absolutamente ningún valor de energía. Más bien, la luz debe contener paquetes de energía de un tamaño particular. Aunque fue un acto de desesperación, Planck resultó tener razón.

La ecuación que define la constante de Planck se llama relación de Planck-Einstein y se ve así: E = hf . Aquí, E es la energía de cada paquete (o ‘cuantos’) de luz, medida en julios; f es la frecuencia de la luz, medida en hercios; y h es, por supuesto, la constante de Planck. Entonces, la constante describe cómo tomar la frecuencia (o color) de la luz y usarla para determinar el tamaño de los paquetes de energía (o fotones) que contiene.

Las aplicaciones de la constante de Planck incluyen láseres, transistores (que se encuentran en todos los circuitos), escáneres de resonancia magnética en hospitales, televisores de pantalla plana, memorias USB y CCD en cámaras digitales.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, tendrá la capacidad de:

• Definir la constante de Planck e identificar su ecuación
• Describir el desarrollo de la constante de Planck y su importancia.
• Recuerde numerosas aplicaciones de la constante de Planck

Rodrigo Ricardo Editor y fundador