Liceo Técnico Profesional San
Guía de aprendizaje
Rafael
Nombre._________________________________________________________ Unidad Temática: Temática : La Luz Contenido(s): Teorías de la Luz, Origen de la Luz Aprendizaje(s) Esperado(s): - Comprender Comprender las Teorías de la Luz - comprender el origen de la Luz. TEORÍAS DE LA LUZ Las teorías propuestas propuestas por los científicos científicos para explicar la naturaleza naturaleza de la luz han ido cambiando a lo largo largo de la historia de la ciencia, a medida que se van descubriendo nuevas nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, comportamiento, como corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica. Teoría Corpuscular
Esta Esta teoría teoría fue plante planteada ada en el siglo siglo xvii xvii por por el físico físico inglés Isaac Newton, quien señalaba que la luz consistía en un flujo de pequeñisimas partículas o corpúsculos sin masa, emitidos emitidos por las fuentes fuentes luminosas, luminosas, que se movía en líne línea a rect recta a con con gran gran rapid rapidez ez.. Graci Gracias as a esto esto,, eran eran capaces capaces de atravesar atravesar los cuerpos cuerpos transparentes, transparentes, lo que nos permit permitía ía ver ver a trav través és de ello ellos. s. En camb cambio io,, en los los cuerpos opacos, los corpúsculos rebotaban, por lo cual no podíamos observar los que había detrás de ellos.
Esta teoría explicaba con éxito la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la reflexión, pero no los anillos de Newt Newton on,, las las inte interf rfer eren enci cias as y la difr difrac acci ción ón.. Adem Además ás,, expe experi rien enci cias as real realiz izad adas as post poster erio iorm rmen ente te perm permiti itier eron on demostrar que esta teoría no aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz Teoría Ondulatoria
Fue el científico científico holandés holandés Christian Huygens, Huygens , contempo contemporáne ráneo o de Newton, Newton, quien elaboraría elaboraría una teoría teoría diferente para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz. Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente fuente estaba estaba formad formada a por ondas, ondas, que correspo correspondía ndían n al movimi movimient ento o espec específic ífico o que sigue sigue la luz al propagarse a través del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éte r. Además, índica que la rapidez
de la luz disminuye al penetrar al agua. Con ello, explica y describía la refracción y las leyes de la reflexión. En sus inicios, esta teoría no fue considerada debido al prestigio de Newton. Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta: se le sometió a pruebas a través de los trabajos del médico inglés Thomas Young, sobre las interferencias luminosas, y el físico francés Augeste Jean Fresnel , sobre la difracción. Como consecuencia, quedó de manifiesto que su poder explicativo era mayor que el de la teoría corpuscular. Teoría Electromagnética
En el siglo XIX, se agregan a las teorías existentes de la época las ideas del físico James Clerk Maxwell, quien explica notablemente que los fenómenos eléctricos están relacionados con los fenómenos magnéticos. Al respecto, señala que cada variación en el campo eléctrico origina un cambio en la proximidad del campo magnético e, inversamente. Por lo tanto, la luz es una onda electromagnética trasversal que se propaga perpendicular entre sí. Este hecho permitió descartar que existiera un medio de propagación insustancial e invisible, el éter, lo que fue comprobado comprobado por el experimento de Michelson y Morley. Sin embargo esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efecto fotoeléctrico y la emisión de luz por cuerpos incandesentes. Lo anterior da pie a la aparición de nuevas explicaciones sobre la naturaleza de la luz. Teoría de los Cuantos
Esta teoría propuesta por el físico alemán Max Planck establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo son posibles por cantid cantidade adess finita finitass o cuánto cuántoss de luz, luz, que posterio posteriorm rment entee se denomi denominan nan fotones. La teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo ondulatorio, como son las interferencias, las difracciones, entre otros. Nos encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias, contradictorias, la teoría de los cuantos y la electromagnética. Poster Posterior iormen mente, te, basánd basándose ose en la teoría teoría cuánti cuántica ca de Planck Planck,, en 1905 1905 el físico físico de orige origen n alemán alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Con esto propuso que la luz se comporta como onda en determinadas condiciones. condiciones.
Mecánica Ondulatoria
Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos, heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza de la luz. El que esta se comporte como onda y partícula fue corroborado por el físico francés Luis de Broglie, en el año 1924, quién agregó, además, que los fotones tenían un movimiento ondulatorio, o sea uqe la luz tenia un coportamiento dual. Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero su energía es trasportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se denominan fotones. Esta teoría establece, entonces, la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia (proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación. ORIGEN DE LA LUZ La luz se produce cuando un átomo es expuesto a una radiación externa, la que hace que algunos electrones se exciten y salten a niveles de mayor energía, en un proceso llamado absorción, entonces el átomo queda en un estado no estable, y pronto decae ese electrón a un nivel de menor energía, liberando la diferencia de energía que hay entre los orbitales que se produjo el salto en forma de radiación electromagnética. Cuando la radiación emitida tiene la frecuencia de la luz visible, podemos observar luz visible, la que va desde los 380 nm hasta los 780 nm de longitud de onda. Lámparas Fluorescentes Por otro lado tenemos las lámparas de tipo fluorescentes (tubos). ¡Estas son mucho más interesantes! Todas estas lámparas funcionan por el mismo principio: se hace pasar una corriente de electrones libres desde un extremo del tubo al otro, y estos electrones en su camino chocan contra átomos del vapor de mercurio que las rellena: En cada uno de estos choques ocurre algo muy interesante: el electrón libre que venía a toda velocidad pierde la energía cinética (su "velocidad") y se la transfiere a uno de los 80 electrones que hay en cada átomo de mercurio. Según las reglas de la mecánica cuántica, un electrón solo puede aceptar ciertas cantidades (cuantos) de energía, que coinciden precisamente con los "escalones" que tiene que escalar hacia niveles de orbitales más altos. Se dice entonces que el electrón está "excitado" , y realmente no aguanta mucho tiempo en ese estado hasta que vuelve a caer a su hueco natural. Como la energía ni se crea ni se destruye, la energía que le sobra al caer la emite en forma de un fotón, un "paquetito de luz", cuya longitud de onda o color depende exclusivamente del tamaño del escalón en la caída. Cuantización de la energía
En 1889, Plank descubrió una constante fundamental, la denominada Constante de Planck, usada para calcular la energía de un fotón. La ley de Planck establece que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua, sino sólo en determinados momentos y pequeñas cantidades denominadas cuantos o fotones. La energía de un cuanto o fotón depende de la frecuencia de la radiación: E= hf donde h es la constante de Plank y su valor es 6,62 x 10 ³ Js o también 4,13 x 10 ¹ eV. Un año después descubrió la ley de radiación del calor, denominada Ley de Planck, que explica el espectro de emisión de un cuerpo negro. Esta ley se convirtió en una de las bases de la teoría cuántica, que emergió unos años más tarde con la colaboración de Albert Einstein y Niels Börh ⁻
⁴
⁻
⁵
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Es el conjunto de ondas electromagnéticas que se encuentran ordenados de acuerdo a su frecuencia (f ) y longitud de onda (l) si bien todas las ondas electromagnéticas son iguales por su naturaleza, los efectos que ocasionan no son siempre iguales, razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas que dan lugar a efectos similares se les ha asignado un nombre. La luz visible forma parte del espectro electromagnético, teniendo como límites el violeta de 4 100 A° y el rayo de 7 000 A°.
Luz Visible
Ondas de Radio AM
Reciben este nombre por ser las que emplean las estaciones de radiocomunicación para realizar sus transmisiones. Son emitidas por circuitos oscilantes de radio por intermedio de una antena emisora. Tienen longitudes de onda entre 200 y 600 m. Ondas de TV. y Radio de FM
Estas ondas tienen las mismas características que las de radio AM, pero sus frecuencias son más altas (longitud de onda corta) que las que normalmente usan las emisoras de radio. Las ondas de T.V. son más cortas aún que las de radio FM. Las ondas de radio FM (10 y 50 m de longitud de onda), se les llama ondas cortas y tienen un alcance mayor que las de radio comercial y que las de TV; esto se debe a que en la atmósfera hay una capa llamada ionosfera situada a 100 km de altura que actúa como un espejo tan sólo para las ondas de radio FM, pero son prácticamente transparente para las ondas largas así como también para las de TV. Es así que las ondas de TV tienen solo un alcance de 150 km, a no ser que se recurra a retransmisoras. Microondas
Son ondas electromagnéticas de frecuencias más altas que las de radio y TV (108 – 1012 Hz). Se producen mediante un generador (G) de pulsos eléctricos de duración muy corta que en combinación con una antena parabólica se transforma en onda electromagnética. En la actualidad el uso de estas ondas se hace imprescindibles en las señales de televisión y transmisiones telefónicas. - Los sistemas radiotelefónicos enlazan todo el mundo mediante microondas. - Las transmisiones de televisión se realizan por la vía satélite gracias a las microondas. Rayos Infrarrojos
Se les conocen también como rayos caloríficos debido a que son emitidos por cuerpos calientes o en estado de incandescencia (temperatura mayor de 500 °C). Estos rayos producen una sensación de calor en la piel. Tienen múltiples usos, así por ejemplo; se utilizan Rayos Ultravioletas
Su nombre deriva de su posición en el espectro electromagnético respecto al color violeta de la luz visible (frecuencia inmediatamente superior a la radiación violeta). Su fuente natural es la proveniente del Sol, sin embargo los técnicos lo producen por medio de lámparas de vapor de mercurio. Su uso debe ser controlada, pues, esa radiación disminuye la formación de la vitamina D, produciendo el raquitismo. Así también los rayos ultravioletas pueden producir bronceamiento en la piel y provocar posibles quemaduras hasta generar cáncer en el tejido humano. Se usan en algunos microscopios para estudios de biología celular. Es aplicable así mismo en algunos exámenes de diagnóstico por ejemplo, los rayos ultravioletas (controlados) al incidir en el cuero cabelludo, los pelos infectados con tiña exhiben fluorescencia, mientras que los sanos no. Las personas que trabajan con instrumentos ópticos para visualizar el Sol, deben tener mucho cuidado ya que los ojos son muy sensibles a estos rayos. Rayos X
Se puede considerar como el fenómeno inverso al efecto fotoeléctrico. Cuando se dirige una corriente de electrones emitida de un cátodo, acelerado por una diferencia de potencial muy alta hacia el ánodo, se producen los rayos X. Actividades Encierre en un círculo la alternativa correcta: 1.- El ojo está capacitado para ver todos los siguientes colores del espectro de luz blanca, excepto el: a) Infrarrojo. b) Rojo. c) Azul. d) Violeta. e) Puede ver todas las anteriores. 2.- Se sabe que las siguientes viajan a la velocidad de la luz, excepto: a) Las ondas de radio. b) Los rayos x. c) Los rayos infrarrojos. d) Las ondas sonoras. e) Las ondas de TV.
3.- Si dos ondas luminosas se neutralizan entre si, el fenómeno se llama. a) Refuerzo. b) Interferencia. c) Radiación. d) Mezcla. e) Adición. 4.- La parte del espectro electromagnético visible al ojo humano es: a) Todo el espectro. b) La mayor parte de él. c) Al menos una cuarta parte de él. d) Una pequeña fracción de él. e) La décima parte de él. 5.- La banda de colores producida al pasar luz blanca a través de un prisma se llama: a) Espectro visible. b) Arco iris. c) Espectro electromagnético. d) Efecto fotoeléctrico. e) Espejismo. 6.- Si dos ondas luminosas viajan de tal manera que se debilitan o cancelan, entre si, el efecto se llama. a) Absorción. b) Interferencia. c) Difracción. d) Convergencia. e) N.A. 7.- Todas las ondas electromagnéticas: a) Son invisibles. c) Son inofensivas. e) Todas son ciertas.
b) Pueden atravesar una pared. d) Viajan a la misma velocidad.
8.- De las siguientes, las ondas electromagnéticas que tienen mayores longitudes de onda y las más bajas frecuencias son: a) Los rayos infrarrojos. b) Ondas de radio. c) Fotones. d) Rayos x. e) N.A. 9.- ¿Qué color posee mayor longitud de onda? a) Azul. c) Rojo. e) Amarillo.
b) Violeta. d) Verde.
10.- Al fenómeno en que la luz se le puede observar en distintos colores, se le llama ................. a) Refracción. b) Reflexión. c) Difracción. d) Dispersión. e) Convección. Desarrollo 1.- Describa la teoría corpuscular 2.- que es el espectro electromagnético 3.- mencione algunos ejemplos en los que este presente las ondas electromagnéticas en la vida cotidiana. 4.- calcule la energía del color rojo, amarillo, violeta y azul. 5.- mencione a quienes intentaron medir la velocidad de la luz. 6.- realice un mapa conceptual con los siguientes términos: Teoría corpuscular, teoría ondulatoria, Max Planck, Newton, Huygens, reflexión, naturaleza de la luz, teorias, onda, particula, reflexion, refraccion, young. interferncia, difracción, onda electromagnética.
