U1 - Energía electromagnética. La luz

Dos videos que se complementan bastante bien para empezar este tema:

La energía electromagnética es irradiada en forma de ondas a lo largo de una trayectoria recta.

La luz visible es energía electromagnética comprendida entre longitudes de onda de unos 4.000 Angström y 7.000 Angström. (400 y 700 nanómetros). Dentro de ese espectro visible cada banda de longitudes de onda produce la sensación de un color; mezcladas aparecen "blancas".

1Å = 10⁻¹º m.

1nm = 10⁻⁹ m.

1mm  10⁻³ m.

1µm = 10⁻⁶ m.

Ejemplo:

555 nm = 0,000000555 m.

Mezclados en estas proporciones aproximadamente los colores aparecen como luz "blanca".

Velocidad de la luz

C = λ . f 

C = 299.793 Km / s (300.000 Km /s ) 

C (en agua) = ¾ . C en el aire o el espacio

C (en vidrio) = 2/3 . C en el aire o el espacio

A mayor densidad del medio, menor velocidad de la luz.

Distribución de la luz.

Ley del cuadrado inverso: "Cuando una superficie está iluminada por un manantial puntiforme de luz, la intensidad de la iluminación de la superficie es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia respecto al foco luminoso."

Si se dobla la distancia entre el manantial y la superficie, la iluminación que recibe la superficie, a esa nueva distancia, se reducirá, no a la mitad, sino a la cuarta parte (1/2²).

Ejemplo práctico: 

Una superficie iluminada por una fuente puntual de luz de 1.000 cd (candelas). ¿Qué intensidad lumínica recibe esa superficie si está situada a 2 metros de la fuente de luz? ¿y si está situada a 3 metros? ¿y a 4 metros?

2 m. --> 1000 / 2² = 250 lux
3 m. --> 1000 / 3² = 111,11 lux
4 m. --> 1000 / 4² = 62'5 lux (la ¼ parte de 2 m.)

Cambios cuando la luz incide en una superficie.

Cuando la energía luminosa llega a la superficie de una materia, puede ser:

• absorbida. (suele convertirse en calor)
• reflejada. (especular y difusa)
• transmitida. (directa, difusa y selectiva)
• refractada.
• dispersada.

Absorción

Puesto que la energía no puede ser destruida, la luz absorbida suele convertirse en calor, por ejemplo un coche negro al sol se calienta más que un coche blanco.

La energía luminosa absorbida puede provocar también cambios químicos, por ejemplo, nuestros materiales fotográficos experimentan una transformación química; y las células fotoeléctricas producen electricidad.

absorción

Reflexión

Difusa

• Tiene lugar a partir de superficies irregulares o mates. 
•  Se dispersa el haz luminoso original reflejándolo uniformemente en todas direcciones. 
• Como ejemplo sirva su aplicación en reflectores difusores utilizados para atenuar la sombras violentas que proyectan las lámparas puntiformes o los rayos solares.

reflexión difusa

Especular

• La luz se refleja “especularmente” cuando incide en sustancias lisas, como agua, vidrio, cromados pulimentados, etc.
• Cada rayo que llega hasta la superficie es reflejado en una dirección que viene determinada por su “ángulo de incidencia”. 
• El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. 
• El rayo incidente y el reflejado están en un mismo plano.

reflexión especular

Transmisión

Paso de la luz a través de una sustancia no opaca.

Difusa

• Cuando los rayos se dispersan en muchas direcciones. - Se da en materiales translúcidos.

transmisión difusa

Directa

• Cuando puede desplazarse a través de un material transparente sin dispersarse.
• Ejemplos: vidrio corriente, aire, agua, etc.

transmisión directa

Selectiva

• Cuando se desplaza difusa o directamente a través de materiales de color que absorben ciertas longitudes de onda.
• Ejemplo: un filtro de color verde intenso absorbe las longitudes de onda rojas y azules de la luz blanca, transmitiendo las verdes.

transmisión selectiva

Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso cuando atraviesa oblicuamente un material transparente para penetrar en otro de distinta densidad.

El cambio en la dirección en la trayectoria de la luz depende de:

• El tipo de material (su índice de refracción)
• El ángulo de incidencia.
• La longitud de onda de la luz.

La luz se desvía hacia la normal en el medio más denso. Se aleja de la normal al pasar hacia un medio menos denso.

índice de refracción = seno de ángulo de incidencia / seno de ángulo de refracción.

refracción

Ejemplo práctico

Dispersión

El tratamiento separado de las longitudes de onda por la refracción, dispersa la luz blanca en sus colores componentes del espectro. Ejemplo: el arco iris.

El contenido azul (menos λ --> más energía) sigue un curso más alterado que las longitudes de ondas rojas.

La luz blanca al atravesar un prisma se descompone en todos los colores del espectro visible.

dispersión

Una muy buena explicación sobre la dispersión: