FISICA DE LA LUZFISICA DE LA LUZ

EXPOSITOR

Guzmán Toledo Yuri Enrique

Introducción

• En la esta exposición, explicaremos sobre las ondas electromagnéticas, espectro electromagnético, naturaleza y fuentes de luz, reflexión y refracción de la luz y sus respectivas leyes.

Onda Electromagnética

Es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio.

No necesitan de un material para propagarse.

Son transversales, en ellas la dirección de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección de propagación.

Longitud de Onda

Es un parámetro físico que indica el tamaño de una onda. Por lo general se denota con la

letra griega lambda (λ).

La unidad de medida en SI es el metro. Pero se suele recurrir a los submúltiplos como milímetro (mm), micrómetro (μm) y el nanómetro (nm)

λ es la longitud de ondav es la velocidad de propagaciónf es la frecuencia

Espectro Electromagnético

Conjunto de ondas electromagnéticas ó radiación electromagnética que emite o

absorbe una sustancia.

De mayor a menor energía transportada por el fotón, las radiaciones electromagnéticas se clasifican en

siete ámbitos o regiones:

Rayos Gamma (γ)

• Poseen la menor longitud de onda de todas las radiaciones electromagnéticas, y por consiguiente la mayor frecuencia y energía.

• Producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos.

• Producen daños irreparables a las células animales.

Utilización Médica

• Útiles en la esterilización de equipamiento médico (matan bacterias e insectos en productos alimentarios con el fin de mantener su frescura.

• Tomografías y Radioterapias• Se utilizan para el tratamiento

de ciertos tipos de cáncer (Cirugía gamma-knife).

• Se utilizan para realizar diagnósticos (radioisótopos como Tecnecio-99m).

Rayos X

• Descubiertas por Wilhelm Röntgen (Premio Nobel de Física 1901).

• Tienen la propiedad de atravesar con facilidad las sustancias de baja densidad y son absorbidos por cuerpos de alta densidad (Radiografías).

Radiación Ultravioleta

• No son visibles.• Pueden dañar el ojo

humano• Produce Vitamina D

en la piel.• Acelera el

envejecimiento de la piel.

• Provoca cáncer de piel

• Se dividen en 3 grupos: Cercano, Lejano y Extremo que se diferencian a parte de su frecuencia por la cantidad de energía que transmiten.

La que más energía transmite es: Los rayos Ultravioleta

Extremo (EUV)

Mientras más alto sea el índice, más rápidamente la radiación ultravioleta causa daños en la piel y en los ojos y por

consiguiente más importan las precauciones que se deben tomar contra la sobreexposición a la radiación solar, como

lo sugiere el cuadro siguiente.

Utilización

• Medicina Forense: Se usa como luz negra para detectar rastros de sangre, orina, semen y saliva causando que estos líquidos adquieran fluorescencia.

• Autentificar antigüedades y billetes.

Luz Visible

Es una banda de energía en el espectro electromagnético (onda) compuesta por fotones.

Capaz de ser percibida por el ojo humano ya que su longitud de onda va desde los 380 nm (violeta) y

los 780 nm. (rojo)

Radiación Infrarroja

• La emiten en gran cantidad los cuerpos calientes.• Producida por una fogata la cual nuestro cuerpo

es capaz de absorberlos (Radiación).• Se categorizan en: Infrarrojo cercano, infrarrojo

medio e infrarrojo lejano.

Utilización

• En equipos de visión nocturna (telecomandos).

• En celulares y equipos emisores de infrarrojo en el sector industrial (secado de pinturas o barnices, secado de papel, termofijación de plásticos, etc.).

Microondas

• Se utilizan bastante en las telecomunicaciones, transmisiones telefónicas, celulares, TV.

• Actualmente se utilizan en la cocina en el horno de microondas, radar y bluetooth.

• El rango de microondas incluye bandas:• UHF: Frecuencia ultra alta• SHF: Super Alta Frecuencia• EHF: Extremadamente Alta Frecuencia

Debe de tenerse sumo cuidado en el uso de ondas de microondas, sobretodo el horno de uso comercial, una que la continua exposición a estas ondas puede producir daños

a la salud.

Ondas de Radio

• Llamadas también Ondas Herzianas.• Se emplean en las estaciones de radiofusión.• Se utilizan para llevar música y transportar la

señal de televisión y teléfono celular.

Muy Baja Frecuencia (VLF)

Enlaces de radio a gran distancia

Frecuencias Bajas (LF)

Enlaces de radio a gran distancia, sobretodo navegación por mar y aire.

Frecuencias Medias (MF)

Radio difusión

Alta Frecuencias (HF) Comunicación media y larga distancia

Frecuencias muy Altas (VHF)

Televisión y Radio FM

Ultra Alta Frecuencias (UHF)

Televisión y radio comunicación

Frecuencia Súper Altas (SHF)

Sistemas de radar y radio comunicación

James C. Maxwell

• Físico británico.• Nació en Edimburgo en

1831.• Estudió en Cambridge.• Propone la Teoría

Electromagnética.• Su propuesta fue

confirmada experimentalmente por Heinrich Hertz.

Teoría Electromagnética

Llamado también electromagnetismo.

1865: James C. Maxwell formuló esta teoría bajo 4 ecuaciones diferenciales vectoriales, las cuales relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes

materiales

Naturaleza de la Luz

• La luz se comprende de partículas energizadas llamadas fotones, mismos cuyo grado de energía y frecuencia determina la longitud de onda y el color.

Fuentes Luminosas

• Son los cuerpos que emiten luz por sí mismos.

• Existen 2 tipos: Naturales Artificiales

Fuentes Luminosas Naturales

• Estrellas como el sol• Relámpagos y rayos• Metales a altas temperaturas• Gases bajo ciertas condiciones• Ciertas sustancias como el fósforo• Ciertos animales como luciérnagas y peces• Ciertos hongos y bacterias.

Fuentes Luminosas Artificiales

• Velas, lámparas y faroles.• Tubos y lámparas de gases

luminescentes fríos• Pantallas de TV,

calculadoras, LED.• Objetos que incorporan

elementos luminiscentes (relojes, placas de luz, pinturas y tintas de imprenta).

Fenómenos Luminosos

Los fenómenos naturales que emiten luz, consisten en:

Fosforescencia Fluorescencia Bioluminiscencia

F.L. Fosforescencia

Fenómeno por el que ciertas sustancias tienen la

propiedad de absorber energía y almacenarla, para emitirla posteriormente en forma de luz durante cierto

tiempo.

Uso: Relojes luminosos, placas de luz, carteles, etc.

• Existen ciertos minerales que tienen esta propiedad y también fluorescencia debido a la presencia de “tierras raras” en su estructura. Ejm: Willemita

F.L. Fluorescencia

Es la propiedad de una sustancia para

emitir luz cuando es expuesta a radiaciones

ultravioleta, rayos catódicos o rayos

X.

• Las sustancias que producen este tipo de radiación se llaman fluoritas.

• Se utilizan con gases como flúor o el neón en tubos fluorescentes o luminosos comerciales, en pantallas de TV y monitores de computador.

F.L. Bioluminiscencia

• Propiedad que presentan algunos organismos vivos para producir luz.

• Ocurre en las luciérnagas, algunos hongos, bacterias, algas y ciertos peces.

• Ocurre debido a reacciones químicas que ocurren en sus células y cumple funciones de reconocimiento, defensa y atracción sexual.

Velocidad de la Luz

• Constante universal: 300.000 km/s• Se denota con la letra c (Constante de

Einstein).

• Cuando hablamos de “velocidad de la luz” nos referimos casi siempre a la velocidad en el vacío.

• Existe esta velocidad en otros medios:

Iluminación

• Acción o efecto de iluminar.

• Según la forma en que se comportan al ser iluminados por un rayo de luz, los cuerpos se clasifican en: Opacos: No permiten que pase la luz Transparentes: Permiten el pase total de luz Traslúcidos: Permiten el pase parcial de luz

Fotometría

• Parte de la Física que estudia la capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual.

• Se mide en “violle” pero por comodidad se mide en BUJÍA, equivalente a 1/20 de violle.

Espejos Planos

Superficie plana muy pulimentada que puede

reflejar la luz que le llega con una capacidad

reflectora de la intensidad de la luz incidente del

95% (o superior).

Ejm: Espejo que utilizamos para peinarnos

• La imagen formada en este espejo es:• Simétrica: Aparentemente está a la misma

distancia del objeto• Virtual: Se ve como si estuviera dentro del

espejo• Mismo tamaño que el objeto• Derecha: Conserva la misma orientación

que el objeto

Espejos Curvos

• Deforman la imagen en el sentido de la curvatura:• Los espejos de curvatura en

sentido vertical deforman la imagen haciéndola más ato o más bajo.

• Los espejos de curvatura en sentido horizontal deforman la imagen haciéndola más ancha o más angosta que el objeto

Espejos Esféricos

• Existen 2:• Espejos Convexos: cuya curvatura esférica externa es

la que refleja, permiten abarcar un campo visual mucho mayor, produciendo imágenes más pequeñas y con apariencia de que los objetos se encuentran a mayor distancia que la real.

• Espejos Cóncavos: cuya curvatura esférica interna es la que refleja, el comportamiento de los rayos de luz reflejados resulta mucho más complejo

• Espejos Cóncavos: cuya curvatura esférica interna es la que refleja, el comportamiento de los rayos de luz reflejados resulta

mucho más complejo

Reflexión de la Luz

• Fenómeno por el cual la luz cambia su dirección de propagación cuando incide sobre un material que no permite su propagación.

Se observa que el rayo incidente y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano. La perpendicular al espejo en el punto de incidencia se llama normal.

El ángulo de incidencia es el ángulo que forma el rayo incidente con la normal. El ángulo de reflexión es el que forma el rayo reflejado con la normal.

Existen distintos tipos de reflexión:

Reflexión Especular Reflexión Difusa Reflexión Extendida Reflexión Mixta Reflexión Esparcida

Reflexión Especular

• Este es el caso de los espejos y de la mayoría de las superficies duras y pulidas. Al tratarse de una superficie lisa, los rayos reflejados son paralelos, es decir tienen la misma dirección.

Reflexión Difusa

• Es típica de sustancias granulosas como polvos.• Los rayos son reflejados en distintas direcciones

debido a la rugosidad de la superficie.

Reflexión Extendida

• Combinación de Reflexión Difusa y Especular.• Tiene un componente direccional dominante que

es difundido parcialmente por irregularidades de la superficie

Reflexión Mixta

• Combinación de reflexión especular, extienda y difusa. Se da en la mayoría de los materiales reales.

Reflexión Extendida

• No puede asociarse con la Ley de Lambert ni con la Ley de la Reflexión Regular. La ilustración de modelos de reflexión debajo de las muestras un posible modelo de la reflexión esparcido.

Leyes de Reflexión de la Luz

Cuando un rayo incide sobre una superficie pulida y lisa y rebota hacia el mismo

medio decimos que se refleja y cumple la llamada "ley de la reflexión":

El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Como consecuencia a esta ley, cuando el rayo incidente coincide con

la normal, el rayo se refleja sobre sí mismo.

Refracción de la Luz

• La refracción de la luz es el fenómeno físico por el cual un rayo de luz que atraviesa por dos medios transparentes de diferente densidad, se desvía de su trayectoria anterior.

• El rayo de luz que se desvía al ingresar al segundo medio transparente se denomina rayo refractado

• El ángulo en que el rayo incidente, al ingresar al segundo medio, forma con la perpendicular al mismo, se denomina ángulo de incidencia

• El rayo de luz que se atraviesa de un medio transparente a otro, se denomina rayo incidente

• El ángulo que el rayo incidente forma con el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo de refracción.

• Existen 3 tipos de refracción:

Índices de Refracción

ÍNDICES DE REFRACCIÓN

Agua (líquida) - 1,333

Agua (hielo) - 1,31

Vidrio - 1,58Alcohol (etílico) -

1,36

Hidrógeno (gas) - 1,00013

Agua (vapor) - 1,00025

Nitrógeno (gas) - 1,0003

Acetona – 1,36

Ley de Refracción de la Luz

• La primer ley de la refracción de la luz expresa que el rayo incidente, y el rayo refractado, y la perpendicular al plano de refracción, están en un mismo plano.

• La segunda ley nos habla sobre índice de refracción. Para ello, se debe saber que la razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante del segundo medio respecto del primero:

senθ1.n1 = senθ2n2n1 = Índice de Refracción del Primer Medioθ1 = Ángulo de Incidencian2 = Índice de Refracción del Segundo Medioθ2 = Ángulo de Refracción

GRACIASGRACIASTotales!