Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación entre los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina un cambio en la velocidad de la onda.

El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.

PARÁMETR0S DE UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA

Son los siguientes:

Amplitud “A ”: Es la medida de la máxima perturbación producida por la onda.

Unidades: En el SI la A m.

Ciclo: Es aquella región comprendida entre una longitud de onda. O sea que en un ciclo la onda completa un ángulo equivalente a 2π rad.

Longitud de onda “λ ”: Es la distancia comprendida entre dos crestas sucesivas o dos valles sucesivos de una onda.

Unidades: En el SI la m. λ También se utilizan otras unidades como: µm, nm y Å (angstroms)

Frecuencia f: Es el número de ciclos que pasan por un punto dado en una unidad de tiempo. Si dicho intervalo es de un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Otras unidades de frecuencias muy utilizadas (en otros ámbitos) son las "revoluciones por minuto" (RPM) y los "radianes por segundo" (rad/s).

Período T: Es el tiempo que tarda la onda en dar una oscilación completa.

Unidades: En el SI, el T s

Velocidad : Las ondas se desplazan a una velocidad que depende de la naturaleza de la onda y del medio por el cual se mueven. Si las ondas se desplazan en el vacío, la velocidad se denota con c, si las ondas electromagnéticas atraviesan un medio material, su velocidad se representará con v.

La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por lo tanto,

E = h f o E = h c/λ

Donde:

E= Energía de la radiación. En el SI, la Energía se expresa en J aunque también se la puede expresar en eV.

h= Constante de Planck h= 6.626 x 10-34 J . s

ECUACIÓN PARA UNA ONDA ELECTROMAGNÉTCA VIAJERA:

Y(x,t) = Yo Sen ( Kx-wt ) + φ

Donde:

Y(x,t) = función de onda que (x,t). Se expresa en m

Yo = Amplitud de onda inicial. Se expresa en m

K = Número angular. Se expresa en m-1

K=2π/λ

w = Velocidad angular. Se expresa en rad.

w = Kv =2 π v. Se expresa en rad/s.

Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y alta energía, mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.

EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético está formado por un conjunto de radiaciones electromagnéticas ordenadas de acuerdo a su longitud de onda, que en orden decreciente tenemos las ondas de radio,  microondas, infrarrojos, luz visible , ultravioleta, rayos X  y  rayos gamma .

El espectro electromagnético es  infinito  y continuo.

Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la  frecuencia  y la intensidad de la radiación.

En la siguiente tabla se indica las diferentes regiones del espectro

electromagnético.

LONGITUD DE ONDA LARGA. LONGITUD DE ONDA CORTA.

BAJA FRECUENCIA. ALTA FRECUENCIA.

ONDAS DE RADIO, MICROONDAS Y RAYOS INFRARROJOS

LUZ VISIBLE y ultra-violeta

Se denomina espectro de luz visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir.

La luz visible o luz blanca se descompone formando un espectro de 7 colores, empezando por la banda roja que tiene una longitud de onda de aprox. 760 nm le sigue en orden decreciente las bandas: naranja, amarilla, verde, añil, azul y violeta con una λ de aprox. 440 nm

En la siguiente tabla se muestra las bandas del espectro visible y los rangos de λ para los diferentes colores. Siendo la banda roja la que tiene mayor λ.

Rojo 630 - 760 nm

Naranja 590 - 630 nm

Amarillo 560 - 590 nm

Verde 490 - 560 nm

Azul 440 - 490 nm

Añil 420 - 440 nm

Violeta 380 – 420 nm

Uno de los ejemplos, de la formación de un espectro de luz visible es el siguiente. Cuando un rayo de luz blanca o luz visible que proviene del SOL o de alguna otra fuente, al incidir oblicuamente sobre una de las caras de un prisma de vidrio transparente, el rayo de luz al atravesar el prisma no sigue la misma dirección sino que se dobla acercándose a la normal

Y por qué se dobla? ….por que este medio presenta un índice de refracción diferente al primero, existiendo una disminución en la velocidad y se dice que el rayo de luz se ha refractado dando lugar a un espectro de varios colores cada uno con su respectiva longitud de onda. Siendo la banda roja la que tiene mayor longitud de onda y la banda violeta la de menor longitud de onda.

En la Fig. 2 Se presenta un espectro visible y sus colores.

La característica de reflexión y refracción de la luz ha permitido ser aplicada en artefactos importantes como el prisma que permite separar los colores de la luz blanca, en una gran variedad de lentes, y parabólicas que permiten concentrar o dispersar la luz y aplicarlo en lupas, gafas, cámaras fotográficas, microscopios, telescopios y otros artefactos ópticos útiles.

Origen del fenómeno:

La producción de la radiación electromagnética es un proceso que se lleva a cabo en todos los confines del Universo. A través del espacio, nos llega radiación electromagnética en todas las regiones del espectro desde todas las fuentes estelares y de otros objetos siderales. Cargas eléctricas en movimiento generan radiación electromagnética. La materia calentada a altas temperaturas produce radiación electromagnética (los átomos vibrando se convierten en pequeños osciladores). Igualmente la materia a temperaturas de millones de grados en las estrellas produce radiación electromagnética. La materia nebulosa en el espacio, sometida a fuertes campos magnéticos también produce radiación electromagnética, como también la materia sometida a fuertes campos gravitacionales.

La radiación Ultravioleta

El Sol emite radiación UV en las bandas UVA, UVB y UVC, pero debido a la absorción en la capa de ozono de la atmósfera, el 99% de la radiación UV que llega a la superficie terrestre es UVA.

La radiación ultravioleta UV junto con la luz visible y los rayos infrarrojos forman parte de la región óptica del espectro electromagnético. El UV tiene longitud de onda menor que la región visible, pero mayor que los rayos X. El UV se subdivide en UV cercano (370- 200 nm de longitud de onda) y UV extremo (200- 10 nm). Al considerar los efectos de la radiación UV en la salud humana y el medio ambiente, el UV frecuentemente se subdivide en UVA (380-315 nm), también llamado de Onda Larga ó “luz negra” (invisible al ojo), UVB (315-280 nm), también llamado Onda Media y UVC (< 280 nm), también llamado de Onda Corta ó “germicida”.

Algunos animales, incluyendo pájaros, reptiles e insectos como las abejas, pueden ver en el UV cercano. Muchas frutas, flores , semillas y plumaje de aves sobresalen en la región UV.

FUENTES DE LUZ VISIBLE:

Las estrellas producen radiación como consecuencia de las reacciones de fusión nuclear producidas por las altas temperaturas en el interior de ellas (varios millones de K ). Las estrellas durante la noche emiten en la región visible. La parte externa del sol emite radiación como un cuerpo negro con una temperatura cerca de 6000 K. Cualquier cuerpo caliente (una llama, un plasma, un metal incandescente, una cerámica caliente) puede emitir radiación, siendo más alta la frecuencia de la radiación entre más alta es la temperatura del material. Este fenómeno se utiliza para crear las fuentes artificiales de luz para nuestro uso:

lámparas incandescentes o bombillos.

APLICACIONES DE LA LUZ VISIBLE Y ULTRAVIOLETA

La luz VIS por sus variados colores que presenta es utilizada en la fabricación de:

Láseres y los diodos emisores de luz (LED).

Tenemos los siguientes tipos:

Láser de dióxido de carbono (CO2): presenta altos niveles de potencia en forma continua y se utiliza para cortar, soldar, grabar, y marcar.

Los láseres de fibra utilizan fibras ópticas con bajas concentraciones de haluros de tierras raras utilizados para amplificar la luz.

El láser de semiconductores. Se utiliza en comunicación con la fibra óptica, en aparatos para tocar discos compactos (CD) y en espectroscopía molecular.

Los láseres apuntadores, son instrumentos compactos que producen luz visible (rojo) de baja potencia y se utilizan en presentaciones como apuntadores.

Los LED convencionales se fabrican de una variedad de compuestos inorgánicos produciendo varios colores.

Los LED tienen muchas aplicaciones y están sustituyendo a las lámparas convencionales en:

a) Indicadores de información en aeropuertos y estaciones de trenes;

b) Indicadores para el prendido y apagado en la mayoría de los instrumentos modernos: control remoto para TV, VHS, CD;

c) señales de tránsito y semáforos;

d) luces indicadoras en carros y bicicletas;

e) indicadores en calculadoras.

f) luces rojas en sitios para mantener visión nocturna o luz baja en cabinas de aviones, submarinos,etc.