Radiaciones Electromagnéticas

Ondas electromagnéticas: son las ondas que pueden propagarse en el vacío, es decir, no necesitan de un medio material, y con una velocidad llamada velocidad de la luz. Son siempre ondas transversales.

Clasificación de las Ondas

Se clasifican en intervalos de frecuencias o de longitudes de onda. Los espectros de radiaciones electromagnéticas son el conjunto de estos intervalos. (Es continuo)

Mayor frecuencia → Más corta es la longitud de onda

Ondas de Energía

• frecuencia de 60 ciclos

• resultado de las corrientes que se mueven hacia atrás y adelante en circuitos eléctricos

• causan efectos dañinos sobre la salud

Ondas de Radio y TV

• se transmiten alrededor de la curvatura de la Tierra, mediante la reflexión en las capas iónicas de la atmósfera superior

Microondas

• producidas por tubos especiales evacuados

• se utilizan en las comunicaciones y en las aplicaciones de radar

• uso muy común de las microondas en el horno microondas

Radiación Infrarroja

• región infrarroja queda en el extremo de baja frecuencia o de ondas de longitud grandes del espectro visible

• la frecuencia depende de la temperatura

• la frecuencia de la intensidad máxima caracteriza la radiación

Luz Visible

• región visible ocupa una porción muy pequeña del espectro electromagnético total

• solo la radiación de esta región puede activar los receptores de nuestros ojos

Luz Ultravioleta

• producida por lámparas especiales y cuerpos muy calientes

• el Sol emite grandes cantidades de UV, pero la mayor parte es absorbida por la capa de Ozono

• la pigmentación de la piel actúa como mecanismo de protección contra la penetración de la radiación UV

• incrementan el riesgo de cáncer de piel

• luz solar es necesaria para la producción natural de vitamina D

Rayos X

• más allá de la región UV está la región de los rayos X

• rayos x de alta frecuencia causan cáncer, quemaduras de piel y efectos perjudiciales

• rayos X de baja intensidad funcionan para observar la estructura interna del cuerpo humano y objetos opacos

Rayos Gamma

• ondas del intervalo superior de frecuencias

• frecuencia elevada producida en las radiaciones nucleares y aceleradores de partículas

La Luz

Óptica: es la parte de la física que estudia la energía radiante visible denominada Luz

Modelos

• Modelo corpuscular (Isaac Newton): fuentes luminosas emitían corpúsculos muy livianos que se desplazaban a gran velocidad y en línea recta. La variación de intensidad de la fuente luminosa era proporcional a la cantidad de corpúsculos que emitía en determinado tiempo. La reflexión de la luz consistía en la incidencia de los corpúsculos en forma oblicua sobre una superficie espejada. Estos que inciden oblicuamente en una superficie de separación de dos medios de distinta densidad, son atraídos por la masa del medio más denso, desviando la trayectoria de los corpúsculos al atravesar el nuevo medio.

• Modelo ondulatorio (Huygens): la luz es como un movimiento ondulatorio semejante a la propagación del sonido, de tipo mecánico. Pero como las ondas mecánicas requieren de un medio material para propagarse, para las ondas luminosas se suponía la existencia de un medio invisible al que se le llamó éter.

(Young) Explicaba desde la teoría corpuscular que la suma de dos fuentes luminosas pueden producir menos luminosidad que por separado.

Se logró medir la velocidad de la luz con mayor exactitud que la permitida por las observaciones astronómicas. Foucault midió la velocidad de propagación de la luz a través del agua. Sirvió de criterio para analizar corpuscular y la ondulatoria. La primera teoría requería que la velocidad fuese mayor en el agua que en el aire. Se logró comprobar que la velocidad de la luz en el agua era inferior que en el aire. La teoría ondulatoria adquirió cierta preponderancia sobre la corpuscular, iniciando el camino hacia una síntesis realizada por Maxwell.

• Modelo de onda electromagnética: Maxwell dio una expresión matemática entre los campos eléctricos y magnéticos que había hecho Faraday. Planteó que cada cambio del campo eléctrico engendra en su proximidad un campo magnético y recíprocamente. Estos campos están constantemente perpendiculares entre sí y a la dirección común de la propagación. Son ondas transversales semejantes a las de la luz. Maxwell concluyó que la luz era una perturbación electromagnética.

• Modelo de partícula, el fotón: el efecto fotoeléctrico es un fenómeno que consiste en que los electrones de la superficie de algunos metales se desprenden cuando se hace incidir luz sobre ellos. El efecto se contradecía con la Teoría Ondulatoria: a) En lugar de aumentar la energía de los electrones, como predecía la teoría electromagnética, estos salían con la misma energía, pero incrementaban su número. b) Un electrón debía absorber una gran cantidad de energía para salir desprendido de la chapa de metal. Dicha energía debía ser aportada por la luz incidente. Pero la luz entregaba toda su energía de golpe y no paulatinamente. c) Si se varía la frecuencia de la onda incidente, no debería ocurrir nada. Sin embargo, al aumentar la frecuencia de las ondas, los electrones salían con más energía. Se esperaba que aumentara la intensidad cuando se aumentara la frecuencia.

Einstein consideraba que la luz estaba formada por fotones. Tres hechos contradictorios al efecto fotogénico: A) Al ser la luz un haz de corpúsculos, queda claro por qué el fenómeno fotoeléctrico es inmediato. B) Al aumentar la frecuencia aumentaba la energía de los electrones. C) La intensidad de la luz está dada por la cantidad de fotones, entonces, al aumentarla no se incrementa la energía sino la cantidad de electrones.

La naturaleza de las radiaciones: ¿Ondas o partículas?

La luz tiene un comportamiento dual: considerada una onda electromagnética, caracterizada por su longitud de onda y su frecuencia o como un torrente de cuantos de energía (fotones) según sea el modelo que simplifique el análisis.

Comportamientos de los Materiales frente a la Luz

Absorción: las oscilaciones aumentan de amplitud y perduran, siendo el material opaco a esa radiación.

Refracción: la frecuencia de la radiación no coincide con la frecuencia de oscilación del material, la energía se reemite en su interior siendo el material transparente a la radiación. El retardo entre la incidencia y la reemisión de la radiación provoca que la velocidad promedio de propagación de la luz en el mismo sea menor que en el vacío.

Reflexión: la luz es reemitida por los átomos superficiales en dirección opuesta a la incidencia.

Dispersión: la frecuencia natural de los medios transparentes está en la parte del ultravioleta del espectro, la luz violeta se propaga más lentamente que la luz roja. Resulta que los colores de la radiación visible se refractan de diferente forma.

La luz blanca pasa a través de un bloque de vidrio, los colores son refractados o desviados. Si los lados no son paralelos, las radiaciones se propagan con ángulos distintos, produciendo un abanico de colores.

Espectros

La descomposición de una luz policromática en sus componentes constituye un espectro. La luz blanca produce al descomponerse un espectro continuo, el arco iris. Si el espectro muestra interrupciones se lo llama espectro discontinuo.

Materiales Translúcidos

Para la radiación visible existe un tipo de material llamado materiales translúcidos: si bien permiten ver el paso de la radiación visible incidente, no nos permiten ver los objetos a través de ellos con nitidez.

Visión de Color

Absorción selectiva: un mismo material se puede comportar como opaco para un tipo de radiación y transparente para otro.

Cuando un material iluminado con luz blanca presenta un determinado color, es porque ha absorbido todas las demás radiaciones salvo la correspondiente a ese color; que es reflejada, si el material es opaco, o transmitida por el material hasta aparecer del lado opuesto si es transparente.

Mezcla de colores: mezclan luces → mezcla aditiva → luz blanca
mezclan pigmentos → mezcla sustractiva → color negro

Polarización: las ondas luminosas son transversales, por lo que pueden polarizarse. Una partícula está polarizada cuando vibra emitiendo luz. Si vibra en dirección vertical emite luz → polarizada verticalmente. Si vibra horizontalmente → polarización horizontal.

Un filtro polarizador es un material similar a una rejilla que permite únicamente el paso de la onda de luz que se propaga en el mismo plano de la reja.