1.3: Unidades de Medida utilizadas en Física Atómica

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Las energías de los electrones son comúnmente medidas y expresadas en términos de una unidad llamada electrón voltio. Un electrón voltio (ev) se define como la energía adquirida por un electrón cuando se acelera a través de una diferencia de potencial de un voltio.

Imagine un tubo evacuado que contiene dos placas de metal separadas paralelas conectadas externamente a una batería que suministra un voltaje V. Se supone que el cátodo de este aparato, la placa de carga negativa, es un emisor fotoeléctrico. Los fotones de una fuente de luz externa con una frecuencia n _o al golpear el cátodo suministrarán a los electrones suficiente energía para simplemente liberarlos de la superficie del cátodo. Una vez libres, los electrones serán atraídos y acelerados hacia el ánodo cargado de manera positiva. Los electrones, que inicialmente tienen velocidad cero en la superficie del cátodo, se acelerarán a cierta velocidad u cuando lleguen al ánodo. Así el electrón adquiere una energía cinética igual a ½ m u ² al caer a través de un potencial de V voltios. Si la carga en el electrón se denota por e este mismo cambio de energía en ev viene dado por la carga multiplicada por el voltaje V:

(5)

\[\frac{1}{2}mv^2 = eV\]

Para una velocidad dada u en cm/s, la ecuación (5) también (1.3.1) proporciona una relación entre la unidad de energía en el sistema cgs (centímetro, gramo, segundo), el erg y el electrón voltio. Esta relación es:

\[1\ ev = 1.602 \times 10^{-12} \ erg \]

El sistema regular de unidades cgs es inconveniente de usar a nivel atómico ya que los tamaños de las unidades estándar en este sistema son demasiado grandes. En cambio, se emplea un sistema de unidades llamadas unidades atómicas, basado en valores atómicos para energía, longitud, etc.

Las unidades atómicas se definen en términos de la constante de Planck y la masa y carga del electrón:

\[Planck's\ constant = h = 6.625 \times 10^{-27}\ erg-sec\] \[mass\ of\ electron = m = 9.108 \times 10^{-28} g\] \[charge\ of\ electron = e = 4.8029 \times 10^{-10}\ esu\]

Largo.

\[1\ au = a_{0} = \frac{h^{2}}{4\pi ^{^{2}}me^{2}} = 0.52917 \times 10^{-8}\ cm\]

Fuerza. La fuerza tiene las dimensiones de carga al cuadrado divididas por la distancia al cuadrado o

\[1\ au = \frac{e^{2}}{a_{0}^{2}} = 8.2377 \times 10^{-3}\ dynes\]

Energía. La energía es la fuerza que actúa a través de una distancia o

\[1\ au = \frac{e^{2}}{a_{0}} = 4.3592 \times 10^{-11}\ erg = 2.7210 \times 10^{1}\ ev\]

Colaboradores y Atribuciones

Dr. Richard F.W. Bader (Professor of Chemistry / McMaster University)