La cuantización de los niveles de energía de los electrones y un experimento para la Historia; Gustav Hertz.

El 22 de julio de 1887, nacía el físico alemán Gustav Ludwig Hertz (Hamburgo, 22 de julio de 1887-Berlín, 30 de octubre de 1975).

Fue ganador del premio Nobel de Física de 1925 por sus estudios, en cooperación con James Franck, sobre el paso de electrones a través de un gas.

hertz gustaveInició sus estudios en la escuela Johanneum, de Hamburgo. Posteriormente se matriculó en la universidad de Göttingen en 1906, y pasaría también por las de Múnich y Berlín, hasta graduarse en 1911.

Hertz regresó a Berlín como profesor en 1917. De 1920 a 1925 trabajó en el laboratorio de la fábrica de Philips en Eindhoven, Holanda.

En 1925, fue elegido Profesor Residente y Director del Instituto de Física de la Universidad de Halle, y en 1928 regresó a Berlín como director del Instituto de Física de la Universidad Tecnológica de Charlottenburg. Hertz renunció a este puesto por razones políticas en 1935 para regresar a la industria como director de un laboratorio de investigación de la compañía Siemens.

A partir de 1945 hasta 1954 trabajó como jefe de un laboratorio de investigación en la Unión Soviética. En 1954 fue nombrado Profesor y Director del Instituto de Física de la Universidad Karl Marx en Leipzig. Fue nombrado emérito en 1961.

Gustav Hertz murió el 30 de octubre de 1975 en Berlín.

Los estudios iniciales de Hertz para su tesis doctoral estaban relacionados con la absorción infrarroja del dióxido de carbono en relación con la presión y la presión parcial. Junto con Franck, llevó a cabo diversos estudios sobre el impacto de electrones, que les condujeron a su famoso experimento: en 1914, Hertz y Franck diseñaron el llamado experimento de Franck-Hertz, que confirmaba y apoyaba de forma elegante el modelo atómico de Bohr y abría las puertas a la mecánica cuántica formulada por Max Planck. Justo antes de su movilización, se encontraba realizando estudios y medidas sobre el potencial de ionización de varios gases.

hertz gustave3El experimento de Franck y Hertz se realizó por primera vez en 1914 por James Franck y Gustav Ludwig Hertz. Tenia por objeto probar la cuantización de los niveles de energía de los electrones en los átomos. El experimento confirmó el modelo cuántico del átomo de Bohr demostrando que los átomos solamente podían absorber cantidades específicas de energía (cuantos). Por ello, este experimento es uno de los experimentos fundamentales de la física cuántica.

Con el fin de poner en evidencia la cuantización de los niveles de energía, utilizaron un triodo, compuesto de un cátodo, de una rejilla polarizada y de un ánodo, que creaba un haz de electrones en un tubo de vacío que contiene mercurio gaseoso.

Midieron entonces la variación de la corriente recibida por el ánodo con arreglo a la energía cinética de los electrones, y dedujeron las pérdidas de energía de los electrones en el momento de las colisiones.

Franck y Hertz podían explicar su experimento en términos de colisión elástica y colisión inelástica de los electrones.

Para potenciales bajos, los electrones acelerados adquirieron solamente una cantidad modesta de energía cinética. Cuando se encontraron con los átomos del mercurio en el tubo, participaron en colisiones puramente elásticas. Esto se debe a la predicción de la mecánica cuántica que un átomo no puede absorber ninguna energía hasta que la energía de la colisión exceda el valor requerido para excitar un electrón que esté enlazado a tal átomo a un estado de una energía más alta.

hertz gustave2Al aumentar el voltaje, los electrones participan en una colisión inelástica, pierden su eV 4.9, pero después continúan siendo acelerados. De este modo, la corriente medida sube otra vez al aumentar el potencial de aceleración a partir de 4.9 V. A los 9.8 V, la situación cambia otra vez. Allí, cada electrón ahora tiene energía suficiente para participar en dos colisiones inelásticas, excitando dos átomos de mercurio, para después quedarse sin energía cinética. Ello explica las caídas de corriente observadas. En los intervalos de 4.9 voltios este proceso se repetirá pues los electrones experimentarán una colisión inelástica adicional.

Hertz posteriormente, demostró las relaciones cuantitativas entre las series de líneas espectrales y la pérdida de energía de los electrones al colisionar con átomos.

Fue el responsable del descubrimiento de un método para separar isótopos de neón mediante una cascada de difusión.

Hertz publicó muchos trabajos, tanto en solitario como de forma conjunta con Franck, sobre el intercambio cuantitativo de energía entre electrones y átomos, así como sobre la separación de isotopos.

Hertz era miembro de la Academia de Ciencias Alemana en Berlín, así como de la Academia de Ciencias de Gotinga, miembro honorario de la Academia de Ciencias Húngara, miembro de la Academia de Ciencias Checoslovaca, y miembro extranjero de la Academia de Ciencias de la U.R.S.S..

Además del premio Nobel, recibió la Medalla Max Planck de la Sociedad Alemana de Física.

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Publicado el 22 julio, 2015 en Física. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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