luz y optica

Download Luz y Optica

Post on 13-Jan-2016

216 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Luz y Optica

TRANSCRIPT

LUZ Y OPTICA

LUZ Y OPTICA

CONTENIDO

1.- FUNDAMENTOS42.1.- Teora Corpuscular42.2.- Teora de las Ondas.42.3 teora Electromagntica.52.4 Teora Cuntica52.5.- Teora Unificada53.- LA LUZ Y EL ESPECTRO DE ENERGA64.- LA RADIACIN DE CUERPO NEGRO85.-EMISIVIDAD ESPECTRAL106.- RADIACIN DE CUERPO GRIS107.- RADIADORES SELECTIVOS108.- TEMPERATURA DE COLOR Y DISTRIBUCIN DE LA TEMPERATURA119.- ESTRUCTURA ATMICA Y LA RADIACIN1210.- FLUJO LUMINOSO Y LUMEN1311.- LA EFICACIA LUMINOSA DE LAS FUENTES DE LUZ1512.- GENERACIN DE LUZ1712.1.- Fenmenos Naturales1712.2.- Fabricacin de las fuentes1813.- INCANDESCENCIA2014.- LUMINISCENCIA2114.1.- Fotoluminiscencia2114.2.- Electroluminiscencia2914.3.- Varios luminiscencia Fenmenos3215.- DETECCIN DE LUZ3315.1.- Fotodiodos3315.2.- Tubos fotomultiplicadores3315.3.- Detectores trmicos3415.4.-Detectores fotoconductoras3516.- PTICA CONTROL3516.1.- Reflexin y Reflectores3516.2.-Refraccin y refractores4116.3.- Transmisin y Materiales Transmisin4616.4.- Polarizacin4816.5.- Interferencia5116.6.- Difraccin5316.7.- Difusin5316.8.- Absorcin54

LUZ Y PTICALa bsqueda para entender la naturaleza de la luz ha llevado a los seres humanos curiosos hacia abajo en los ms recnditos secretos del tomo y fuera de los confines ms lejanos del universo estrellado.1.- FUNDAMENTOS Para iluminar con fines de ingeniera, la Sociedad de Ingeniera de Iluminacin de Norteamrica (IESNA) define la luz en forma de energa radiante que es capaz de excitar la retina humana y la creacin de una sensacin visual. Como una cantidad fsica, la luz se define en trminos de su eficiencia relativa en todo el espectro electromagntico que se encuentra entre aproximadamente 380 y 780 nm. Visualmente, hay alguna variacin individual en la eficiencia dentro de estos lmites.

2.- TEORAS Una de las primeras teoras para describir la luz implicaba la idea de que la luz se emite desde los ojos, y que han sido dictadas visibles cuando fueron golpeados por las emisiones. Aristteles rechaza esta teora al cuestionar por qu no podamos ver en la oscuridad. Desde entonces, muchas teoras alternativas han sido propuestas. Desde un punto de vista fsico, estas teoras generalmente se consideran a la luz como una transferencia de energa de un lugar a otro. Se discuten brevemente a continuacin algunas teoras.2.1.- Teora Corpuscular. Esta teora se deduce de la observacin de que partculas que se mueven, o corpsculos, poseen energa cintica. Esta posicin fue defendida por Sir Isaac Newton (1642-1727). Se basa en tres premisas: 1. Cuerpos luminosos emiten energa radiante en partculas. 2. Las partculas son expulsadas de forma intermitente en lnea recta. 3. Las partculas actan sobre la retina, la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual.2.2.- Teora de las Ondas. Esta teora se deduce de la observacin de que las ondas pueden transferir energa a pesar de que el medio en s mismo no viaja. Esta posicin fue defendida por Christian Huygens (1629-1695). Que tambin se basa en tres premisas: 1. Resultados de luz de la vibracin molecular en el material luminoso. 2. Las vibraciones se transmiten a travs de un "ter" como movimientos en forma de onda (comparables a ondas en el agua), y las vibraciones reducir la velocidad al entrar en los medios de comunicacin ms densas. 3. Las vibraciones transmitidas actan sobre la retina, la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual.

2.3 teora Electromagntica. La teora fue formulada por James Clerk Maxwell (1831-1879), y se basa en tres premisas: 1. Cuerpos luminosos emiten luz en forma de energa radiante. 2. La energa radiante se propaga en forma de ondas electromagnticas. 3. Las ondas electromagnticas actan sobre la retina, la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual.2.4 Teora Cuntica. Una forma moderna de la teora corpuscular fue formulada por Max Planck, y se basa en dos premisas: 1. La energa es emitida y absorbida en cuantos discretos (fotones). 2. La magnitud de cada cuntica, Q, se determina por el producto de h y , donde h es 6,626 10-34 J s (La constante de Planck), es la frecuencia de la vibracin de fotones en Hz, y Q es la energa en Julios. Esta teora proporciona un medio para determinar la cantidad de energa en cada cuntica. Se deduce de esta teora de que la energa aumenta con la frecuencia.2.5.- Teora Unificada. La teora propuesta por Louis de Broglie y Werner Heisenberg se basa en dos premisas: 1. Cada elemento mvil de la masa tiene asociado con l una onda cuya longitud est dada por la ecuacin

Donde = longitud de onda h = constante de Planck, m = masa de la partcula, v = velocidad de la partcula.

Figura 1-1. La energa radiante (electromagntica) espectro.

2. Es imposible determinar simultneamente todas las propiedades que son distintivos de una ola o un corpsculo. La cuntica y las teoras de ondas electromagnticas proporcionan una explicacin de las caractersticas de la energa radiante de preocupacin para el ingeniero que ilumina. Si la luz se considera como una onda o un fotn, que es la radiacin que se produce por procesos electrnicos en el sentido ms exacto del trmino. Se produce en un cuerpo incandescente, una descarga de gas, o un dispositivo de estado slido por electrones excitados slo haber revertido a posiciones ms estables en sus tomos, liberando energa.3.- LA LUZ Y EL ESPECTRO DE ENERGA La teora de las ondas permite una representacin grfica conveniente de la energa radiante en una disposicin ordenada de acuerdo con su longitud de onda o frecuencia. Esta disposicin se denomina un espectro (Figura 1-1). Es til en lo que indica la relacin entre las diversas regiones de longitud de onda de energa radiante. Tal representacin grfica no debe ser interpretada para indicar que cada regin del espectro se divide de los otros en cualquier forma fsica; hay una transicin gradual de una regin a otra. El espectro de energa radiante se extiende sobre una gama de longitudes de onda de 10-16 a 105 metros. La unidad de Angstrom ( ) , la nanmetros (nm ) , y el micrmetro ( micras ) , que son, respectivamente, 10-10 , 10-9 , y 10-6 m , son unidades de longitud que se usa comnmente en la regin visible del espectro. El nanmetro es la unidad preferida de longitud de onda en el ultravioleta (UV ) y de luz visible del espectro . El micrmetro se utiliza normalmente en la regin infrarroja ( IR ) .De particular importancia para iluminar la ingeniera son tres regiones del espectro electromagntico: UV, visible e IR. Sobre la base de las aplicaciones prcticas y el efecto obtenido, la regin del UV se divide en las siguientes bandas (para propsitos de ingeniera, la regin "luz negro " se extiende ligeramente dentro de la porcin visible del espectro):

Otra divisin del espectro UV, a menudo utilizado por photobiologists, est dada por la Comisin International de l'clairage (CIE):

La energa radiante en el espectro visible se encuentra entre 380 y 780 nm. A efectos prcticos, la energa radiante infrarroja es dentro de la gama de longitud de onda de 0,78 a 103 micras. Esta banda est arbitrariamente dividido como sigue:

En general, a diferencia de la energa UV, la energa infrarroja no es evaluada en cada longitud de onda, sino ms bien en trminos de toda esa energa que incide sobre una superficie. Ejemplos de estas aplicaciones son la calefaccin industrial, secado, coccin y reproduccin fotogrfica. Sin embargo, algunas aplicaciones, tales como dispositivos de visualizacin de IR, implican detectores sensibles a una gama restringida de longitudes de onda; en tales casos, las caractersticas espectrales de la fuente y el receptor son de importancia.

Figura 1-2. Velocidad de la luz de una longitud de onda de 589 nm (Na lneas D)

Todas las formas de energa radiante se transmiten a la misma velocidad en el vaco (299.793 kilometros / s, o 186.282 km / s). Sin embargo, cada forma difiere en la longitud de onda y por lo tanto en la frecuencia. La longitud de onda y la velocidad pueden ser alteradas por el medio a travs del cual pasa, pero la frecuencia se mantiene constante, independiente del medio. Por lo tanto, a travs de la ecuacin:

Donde n = ndice de refraccin del medio, = longitud de onda en el vaco, = frecuencia en Hz, Es posible determinar la velocidad de la energa radiante y tambin para indicar la relacin entre la frecuencia y longitud de onda. Figura 1-2 da la velocidad de la luz en diferentes medios de comunicacin para una frecuencia correspondiente a una longitud de onda de 589 nm en el aire.4.- LA RADIACIN DE CUERPO NEGRO La intensidad y las propiedades espectrales de un radiador de cuerpo negro son slo depende de su temperatura. Un radiador de cuerpo negro puede estar estrechamente aproximado por la energa radiante emitida a partir de una pequea abertura en un recinto, las paredes de los cuales se mantienen a una temperatura uniforme (Figura 1-3). La luz emitida por una fuente de luz prctica, sobre todo a partir de una lmpara incandescente, se describe a menudo en comparacin con la de un radiador de cuerpo negro. En teora, toda la energa emitida por las paredes del radiador de cuerpo negro es finalmente reabsorbida por las paredes; es decir, ninguno escapa de la caja. Por lo tanto, un cuerpo negro irradia ms energa total y ms potencia a una determinada longitud de onda que cualquier otra fuente de luz que funciona a la misma temperatura.

Figura 1-3. Pequea abertura en un recinto exhibe caractersticas de cuerpo negro.Ley de Radiacin de Planck. Los datos que describen las curvas de radiacin de cuerpo negro se obtuvieron por Lummer y Pringsheim usando un tubo construido especialmente y se calienta de manera uniforme como la fuente . Planck , introduciendo el concepto de cuantos discretos de energa, desarroll una ecuacin que representa a estas curvas . Se da la radiancia espectral de un cuerpo negro como una funcin de longitud de onda y la temperatura. Vase la definicin de la ley de radia