unidad ii la materia y sus transformaciones la luz · la materia y sus transformaciones ... hacia...
TRANSCRIPT
Unidad II La Materia y sus
transformaciones “La Luz”
Naturaleza de la Luz
La mayor parte de lo que conocemos de nuestro entorno es adquirido mediante sentido de la vista, de aquí que resulta de mucha importancia el estudio de la naturaleza de la luz, es decir, de la Óptica, la que tiene por objeto de estudio los fenómenos asociados a la luz .
Las interrogantes que han despertado el interés de los científicos en relación a la luz son:
¿ Qué es la Luz?
¿Cuál es el mecanismo exacto de su propagación?
La respuesta a estas preguntas aún no tienen una respuesta definitiva en el actual estado de la ciencia proponiéndose variadas teorías a través del tiempo:
Hacia el siglo VI a.c. los griegos pensaban que la luz era un fluido que emanaba de los cuerpos y que los ojos eran capaces de captar, idea que con variantes se mantuvo hasta el siglo XVII cuando el inglés Robert Hoocke estudiando los colores de burbujas y láminas delgadas llegó a la conclusión de que se trataba de una rapidísima vibración de “algo”.
Naturaleza de la Luz
En este mismo periodo el físico, matemático y astrónomo danés Christian Huygens recoge la idea de Hoocke y propone que la luz es un fenómeno ondulatorio longitudinal que proviene de la vibración mecánica del “éter” un medio material perfectamente elástico e imperceptible a través del cual se propagaría.
Por su parte , el físico y matemático inglés Isaac newton se opone fuertemente a la teoría de Huygens suponiendo que el cuerpo emisor de luz produce “partículas o granos” de luz que se propagan en todas direcciones, en línea recta, con una velocidad finita que penetran el ojo y chocan con la retina dando origen a la sensación luminosa. Los diferentes tamaños de estos “granos” darían origen a los colores que se perciben.
Hacia fines del siglo XIX el físico inglés James Maxwell da a conocer su teoría en la que sostiene que la luz es una perturbación electromagnética
producida por la superposición de los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí, perturbaciones que se propagarían en el vacío
Naturaleza de la Luz
sin la necesidad de la existencia del éter en forma de ondas transversales con velocidad constante. Experimentos realizados durante la época apoyan esta teoría. Sin embargo la observación de nuevos fenómenos como el efecto fotoeléctrico que consiste en la emisión de electrones por algunos materiales cuando sobre su superficie incide luz u otra radiación de longitud pequeña hizo cambiar la opinión de científicos a favor de una teoría corpuscular.
Naturaleza de la Luz
El físico alemán Albert Einstein explico este fenómeno suponiendo que la energía de una radiación luminosa esta dividida en pequeños paquetes o “cuantos de luz” a los que llamo fotones aceptando una naturaleza corpuscular de ella.
No es hasta inicios del siglo XX cuando el físico francés Louis de Broglie concluye que el concepto de partícula o corpúsculo es inseparable del concepto de onda, es decir, no existe un fotón sin la compañía de onda, son ellos quienes transportan la energía, la que será mayor cuanto mayor sea la onda electromagnética que la acompaña.
Clasificación de los fenómenos ópticos
ÓPTICA
GEOMÉTRICA
FÍSICA
CUÁNTICA
La luz se considera constituyendo
rayos luminosos
La luz se considera como un fenómeno
ondulatorio. Ondas
La luz se considera como una combinación de
ondas y corpúsculos. Fotón
Reflexión Refracción Dispersión
Difracción Interferencia Polarización
Efecto Fotoeléctrico
Clasificación de los cuerpos según la Óptica
A. Desde el punto de vista de la emisión de la luz, se los clasifica en:
Cuerpos luminosos o fuentes primarias
Naturales: por ejemplo el Sol
Artificiales: en general cuerpos en estado incandescente como el filamento de ampolletas
Cuerpos iluminados o fuentes secundarias: son los que se hacen visibles al reflejar en forma total o parcial la luz que reciben, por ejemplo la Luna.
Existen cuerpos iluminados que no reflejan la luz sino que la absorben totalmente, son los cuerpos negros.
Clasificación de los cuerpos según la Óptica
B. Desde el punto de vista de la transmisión de la luz, se los clasifica en:
Cuerpos transparentes son los que dejan pasar la luz permitiendo en forma nítida los cuerpos ubicados detrás de ellos, por ejemplo el aire, el vidrio, etc.
Cuerpos translúcidos son los que dejan pasar la luz sin permitir ver los cuerpos ubicados detrás de ellos, por ejemplo el papel, las telas, etc.
Cuerpos opacos son los que no dejan pasar la luz como metales, madera, etc.
Entre los cuerpos opacos existen algunos con la cualidad de reflejar casi la totalidad de la luz que reciben , son los cuerpos reflectores.
Origen de la luz: Teoría Cuántica El modelo atómico de Niels Bohr,
admite la presencia de un núcleo positivo que contiene, prácticamente, toda la masa del átomo, donde se encuentran presentes los protones y los neutrones.
Postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico en orbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía: a cada órbita le corresponde un único nivel de energía, es decir, son cuantizadas.
Las órbitas más alejadas del núcleo atómico tienen mayores niveles de energía.
Origen de la luz: Teoría Cuántica
El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida.
Por lo tanto, siempre que el electrón se mantenga en la órbita que le corresponde, no gana ni pierde energía.
Si un electrón salta de una órbita a otra capta o libera energía en forma de un fotón, que corresponde a un “cuanto” o paquete de energía la que viene dada por la diferencia de energía entre los orbitales.
El espectro electromagnético La luz que percibimos corresponde solo a una pequeña porción de lo que se
denomina ondas electromagnéticas las cuales tienen como origen las vibraciones periódicas del campo eléctrico y del campo magnético, las que se propagan perpendicularmente entre sí y que no necesitan de un medio material de propagación.
El espectro electromagnético
Existe un amplio rango de ondas electromagnéticas o espectro las cuales no pueden ser percibidas por nuestro sentido de la vista que va desde las ondas de radio (103 Hz) hasta los rayos gamma (1022
Hz).
El conjunto de ondas electromagnéticas que el hombre es capaz de percibir recibe el nombre de luz visible que va desde los 1014 a los 1015 Hz aproximadamente.
El espectro electromagnético
En el extremo menos energético del espectro se encuentran las ondas de radio de unos cuantos kHz ( 103-108Hz) cuyas longitudes de ondas se encuentran entre 10 a 105 m.
Le siguen las ondas microondas( 108-1011 Hz) más energéticas que las de radio utilizadas en telecomunicaciones.
A continuación se encuentran las ondas infrarrojas ( 1011-1014 Hz) las cuales podemos percibir como calor.
Luego se encuentra la luz visible para pasar a las ondas ultravioletas
( 1015-1016 Hz) producidas por cuerpos muy calientes como las estrellas.
Los rayos X ( 1017-1019 Hz) utilizados generalmente en medicina por su capacidad de penetrar materiales densos se encuentran casi al otro extremo del espectro, el que finaliza con los rayos gamma ( por sobre los 1019 Hz) ) son generados por reacciones nucleares como los que suceden en las estrellas.