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CONCEPTOS BASICOS
NATURALEZA DE LA LUZ
ING. MARIO PAZMIÑO V.
Huygens escribe en 1609 en su obra “Tratado de la Luz”:
“La luz consiste en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio”.
La luz son ondas longitudinales similares a las ondas sonoras
La luz se propaga como una onda mecánica (teoría ondulatoria) a través del éter
Explica la teoría fenómenos como la reflexión, refracción y doble refracción.
La velocidad de la luz será menor en medios más densos
La luz experimenta fenómenos de interferencia y difracción
Aún no se había observado en la luz la difracción
Newton escribe en 1704 su obra Óptica:
“La luz tiene naturaleza corpuscular: los focos luminosos emiten partículas que se propagan en línea recta en todas las direcciones y, al chocar con los ojos, producen la sensación luminosa”
Los corpúsculos son distintos según el color de la luz, atraviesan los medios transparentes y son reflejados por cuerpos opacos.
Explica la propagación rectilínea de la luz y la reflexión.
La luz no debe producir interferencia ni difracción
Encuentra dificultades al explicar la refracción
La velocidad será mayor en medios más densos
No explica por qué una misma superficie de separación de dos medios es capaz de reflejar como de refractar.
Young en 1801 observó la difracción de la luz
Foucault en 1885 comprobó que la velocidad de la luz en el agua es menor que en el aire
Maxwell en 1864 establece la teoría electromagnética de la luz:
“La luz no es una onda mecánica sino una forma de onda electromagnética de alta frecuencia”.
Las ondas luminosas consisten en la propagación, sin necesidad de un soporte material alguno, de un campo eléctrico y de un campo magnético.
Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre si y a la dirección de propagación.
Considera a la luz como una onda electromagnética transversal.
La luz no necesita de ningún medio material para propagarse
Da a la luz un carácter netamente ondulatorio
Teoría comúnmente aceptada a finales del siglo XIX
Max Planck en 1900 emite su hipótesis:
“La energía emitida por un cuerpo no se produce de forma continua, sino discontinua, formada por cuantos de energía de frecuencia determinada”.
A finales de 1900 se descubrieron tres fenómenos físicos experimentales:
La radiación térmica del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos.
Estos fenómenos incidieron en el desarrollo de la revolución cuántica
La energía de un cuanto de luz se calcula con: E = h f
f: frecuencia de la radiación, medida en Hz
h: constante de Planck = 6,625 x 10 -34 J.s
Los átomos absorben y emiten cantidades de energía discretas(concentradas), denominados fotones
Cada elemento en la naturaleza absorbe y emite energía en paquetes.
Albert Einstein en 1905 explica el efecto fotoeléctrico, tomando ideas de Planck
“La luz se propaga en forma de cuantos de energía, llamados fotones, cuya energía se calcula con la ecuación de Planck”
La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico vuelve a considerar la luz de naturaleza corpuscular.
La luz está formada por partículas llamadas fotones, de masa despreciable
Supone que la energía de las ondas electromagnéticas viaje en paquetes, llamados cuantos o fotones.
Recibe en 1921 el premio Nobel de física
Luis De Broglie en 1924 emite su hipótesis:
“Toda materia presenta características tanto ondulatorias como corpusculares comportándose de uno u otro modo dependiendo del experimento específico”
Cree que la luz se comporta como onda y como partícula.
La materia debería tener este carácter dual.
A cada partícula le corresponde una onda asociada.
En 1927 Davisson y Germer comprobaron la hipótesis luego de observar la difracción de electrones de manera casual.
En 1927 Thomson confirmó la relación obtenida mediante la difracción de haces de electrones a través de hojas metálicas delgadas.
CONOCIMIENTOS BÁSICOS
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
ESPECTRO ELECTRO MAGNÉTICO
Representa la distribución energética del conjunto de ondas electromagnéticas
Referido a un objeto se denomina espectro a la radiación electromagnética que emite o absorbe una sustancia.
Las radiaciones permiten identificar las sustancias
Los espectros se observan mediante espectroscopios, puede medirse la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Se agrupan bajo distintas denominaciones según su frecuencia.
No existe un límite muy preciso para cada grupo.
Una misma fuente puede generar ondas de varios tipos.
Independiente de su frecuencia y longitud de onda se desplazan en el vacío a una velocidad de c= 299 792, 458 km/s.
La rapidez de propagación de la onda se calcula con: c = λ. f
La rapidez de propagación es constante, cuanto mayor es la longitud de onda (λ) menor deberá ser la frecuencia (f).
La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) permiten determinar su energía, visibilidad, poder de penetración y otras características
Las ondas de alta frecuencia tienen longitudes de onda corta y mucha energía
Las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.
CLASES DE ONDAS EM
Ondas de radio Utilizadas en telecomunicaciones Incluyen las de radio y televisión Su frecuencia oscila entre pocos y hasta 10 9 Hertz Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las
antenas emisoras
Microondas Se utilizan en comunicaciones del radar o la banda
UHF, en hornos de cocinas Su frecuencia va desde 10 9 hasta 10 12 Hertz Se producen por oscilaciones dentro de un magnetrón.
(Cavidad resonante formada por dos imanes de disco en los extremos)
Infrarrojos
Emitidos por cuerpos calientes
Sus frecuencias van desde 10 11 a 10 14 Hertz.
La piel detecta el calor y las radiaciones infrarrojas
Luz visible
Incluye una franja estrecha de frecuencias
Se originan en la aceleración de los electrones
Su frecuencia oscila entre 4.10 14 y 8.10 14 Hertz
Ultravioleta
Comprende de 8.10 14 a 1.10 17 Hertz
Se producen por saltos de electrones en átomos y moléculas excitados
Tienen el rango de energía que intervienen en las reacciones químicas
El Sol es una fuente de UVA (rayos ultravioletas)
Los UVA pueden destruir la vida y se emplean para esterilizar
La capa de ozono nos protege de los UVA
La piel detecta la radiación ultravioleta y el organismo genera melanina para protegernos
Rayos X
Se producen al saltar los electrones de órbitas internas en átomos pesados
Sus frecuencias van de 1,1. 10 17 a 1,1. 10 19 Hertz
Una exposición prolongada produce cáncer
Rayos Gamma
Comprenden frecuencias mayores de 1.10 19 Hertz
Se originan en procesos de estabilización en el núcleo del átomo luego de emisiones radioactivas.
Su radiación es peligrosa para los seres vivos.