⚛️ Física moderna y cuántica

Lo que pasa cuando las cosas son muy pequeñas (cuántica), muy rápidas (relatividad) o muy energéticas (núcleo). La física que rompió todas las intuiciones del siglo XIX.

🟢 Nivel 1 · Intuición

A finales del siglo XIX, la física parecía terminada. Y entonces aparecieron tres "rarezas":

1. La luz se comporta a veces como onda y a veces como partícula (dualidad). Y al revés: los electrones también.
2. La velocidad y el tiempo son relativos al observador (Einstein). Si vas muy rápido, el tiempo pasa más despacio para ti.
3. Los átomos pueden romperse (radiactividad), liberando muchísima energía.

Eso es la física moderna: cuántica, relatividad y física nuclear. En PAU se ven sobre todo los conceptos básicos y unos pocos cálculos directos.

🟡 Nivel 2 · Mecánica

Efecto fotoeléctrico (Einstein, 1905)

La luz son fotones de energía:

E = h·f = h·c/λ

Cuando un fotón choca con un electrón del metal, le da toda su energía. Si supera el "trabajo de extracción" W₀, el electrón sale con energía cinética:

E_c = h·f − W₀

• h = 6,63·10⁻³⁴ J·s (constante de Planck).
• Frecuencia umbral: f₀ = W₀/h. Por debajo de f₀, no salen electrones (por mucha intensidad).

Dualidad onda-partícula (De Broglie)

Toda partícula tiene asociada una longitud de onda:

λ = h / p = h / (m·v)

Cuanto más masa o velocidad, menor λ → menos comportamiento ondulatorio.

Relatividad especial (mínimos PAU)

• Energía en reposo: E = m·c².
• Para v ≪ c, todo es como en física clásica.

Física nuclear

• Defecto de masa: Δm = (suma de masas de nucleones) − masa del núcleo.
• Energía de enlace: ΔE = Δm·c². (1 u = 1,66·10⁻²⁷ kg ≈ 931,5 MeV/c²)
• Desintegración: N(t) = N₀·e^(−λ·t). T₁/₂ = ln 2 / λ (vida media).

Mini-ejemplo

Luz de λ = 400 nm incide sobre cesio (W₀ = 2,1 eV). ¿Sale fotoelectrón? ¿Con qué E_c?

• E_fotón = hc/λ = (6,63·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(400·10⁻⁹) = 4,97·10⁻¹⁹ J ≈ 3,1 eV.
• E_c = 3,1 − 2,1 = 1,0 eV ≈ 1,6·10⁻¹⁹ J. Sí sale.

🔴 Nivel 3 · PAU completo

Tipos clásicos PAU:

1. Fotoeléctrico: dada λ y W₀, calcular E_c o V_freno. O al revés: dada E_c, hallar λ.
2. De Broglie: λ asociada a un electrón con E_c dada.
3. Energía nuclear: defecto de masa y energía de enlace por nucleón. Fisión y fusión.
4. Desintegración: cuánto queda tras t segundos, o cuánto tarda en quedar la mitad.
5. Espectro y niveles del átomo (Bohr, hidrógeno): saltos entre niveles, λ emitida.

Procedimiento general:

1. Identifica el subtema (fotoeléctrico, De Broglie, núcleo, desintegración…).
2. Cuidado con las unidades: PAU mezcla julios y eV (1 eV = 1,6·10⁻¹⁹ J).
3. Aplica fórmula y comprueba sentido del resultado (¿energía positiva? ¿λ del orden esperado?).

📝 Problemas PAU de este tema (27)

Todos los enunciados oficiales detectados. Pulsa para ver el problema completo con su solución oficial UC3M (cuando exista) y notas didácticas.