Liceo Técnico Profesional San RafaelGuía de aprendizaje Nombre._________________________________________________________ Unidad Temática: La Luz Contenido(s): Teorías de la Luz, Origen de la Luz Aprendizaje(s) Esperado(s): - Comprender las Teorías de la Luz - comprender el origen de la Luz. TEORÍAS DE LA LUZ Las teorías propuestas por los científicos para explicar la naturaleza de la luz han ido cambiando a lo largo de la historia de la ciencia, a medida que se van descubriendo nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, como corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica. Teoría Corpuscular Esta teoría fue planteada en el siglo xvii por el físico inglés Isaac Newton, quien señalaba que la luz consistía en un flujo de pequeñisimas partículas o corpúsculos sin masa, emitidos por las fuentes luminosas, que se movía en línea recta con gran rapidez. Gracias a esto, eran capaces de atravesar los cuerpos transparentes, lo que nos permitía ver a través de ellos. En cambio, en 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 Newton, las interferencias y la difracción. Además, experiencias realizadas posteriormente permitieron demostrar que esta teoría no aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz Teoría Ondulatoria Fue el científico holandés Christian Huygens, contemporáneo de Newton, quien elaboraría una teoría diferente para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz. Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas, que correspondían al movimiento específico que 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. 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 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 cantidades finitas o cuántos de luz, que posteriormente se denominan 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, la teoría de los cuantos y la electromagnética. Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, en 1905 el físico de origen 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. con lo que se evidencia la doble naturaleza de la luz. entonces. Lámparas Fluorescentes Por otro lado tenemos las lámparas de tipo fluorescentes (tubos). Luz Visible . y realmente no aguanta mucho tiempo en ese estado hasta que vuelve a caer a su hueco natural. en cuanto a su propagación. los efectos que ocasionan no son siempre iguales. La luz visible forma parte del espectro electromagnético. la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción con la materia (proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación. usada para calcular la energía de un fotón. además. Como la energía ni se crea ni se destruye.62 x 10⁻³⁴ Js o también 4. Un año después descubrió la ley de radiación del calor.Mecánica Ondulatoria Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de los cuantos. la denominada Constante de Planck. la energía que le sobra al caer la emite en forma de un fotón. que coinciden precisamente con los "escalones" que tiene que escalar hacia niveles de orbitales más altos. Cuantización de la energía En 1889. El que esta se comporte como onda y partícula fue corroborado por el físico francés Luis de Broglie. en el año 1924. 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. y pronto decae ese electrón a un nivel de menor energía.13 x 10⁻¹⁵ eV. la que va desde los 380 nm hasta los 780 nm de longitud de onda. liberando la diferencia de energía que hay entre los orbitales que se produjo el salto en forma de radiación electromagnética. Esta teoría establece. o sea uqe la luz tenia un coportamiento dual. razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas que dan lugar a efectos similares se les ha asignado un nombre. sino sólo en determinados momentos y pequeñas cantidades denominadas cuantos o fotones. cuya longitud de onda o color depende exclusivamente del tamaño del escalón en la caída. un electrón solo puede aceptar ciertas cantidades (cuantos) de energía. podemos observar luz visible. un "paquetito de luz". se comporta como onda. que explica el espectro de emisión de un cuerpo negro. La ley de Planck establece que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua. 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. heredadas de la teoría corpuscular y ondulatoria. la que hace que algunos electrones se exciten y salten a niveles de mayor energía. Esta ley se convirtió en una de las bases de la teoría cuántica. ¡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. Así. en un proceso llamado absorción. Según las reglas de la mecánica cuántica. Plank descubrió una constante fundamental. denominada Ley de Planck. Se dice entonces que el electrón está "excitado". quién agregó. que emergió unos años más tarde con la colaboración de Albert Einstein y Niels Börh 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. entonces el átomo queda en un estado no estable. ORIGEN DE LA LUZ La luz se produce cuando un átomo es expuesto a una radiación externa. Cuando la radiación emitida tiene la frecuencia de la luz visible. que los fotones tenían un movimiento ondulatorio. teniendo como límites el violeta de 4 100 A° y el rayo de 7 000 A°. la luz. pero su energía es trasportada junto con la onda luminosa por unos pequeños corpúsculos que se denominan fotones. deben tener mucho cuidado ya que los ojos son muy sensibles a estos rayos. Las ondas de T.El ojo está capacitado para ver todos los siguientes colores del espectro de luz blanca. mientras que los sanos no. excepto: a) Las ondas de radio. y Radio de FM Estas ondas tienen las mismas características que las de radio AM. Tienen longitudes de onda entre 200 y 600 m. Estos rayos producen una sensación de calor en la piel. Son emitidas por circuitos oscilantes de radio por intermedio de una antena emisora. produciendo el raquitismo. d) Las ondas sonoras. Las personas que trabajan con instrumentos ópticos para visualizar el Sol.Los sistemas radiotelefónicos enlazan todo el mundo mediante microondas. c) Los rayos infrarrojos. sin embargo los técnicos lo producen por medio de lámparas de vapor de mercurio.. Su fuente natural es la proveniente del Sol. Es aplicable así mismo en algunos exámenes de diagnóstico por ejemplo. Ondas de TV. . b) Los rayos x. En la actualidad el uso de estas ondas se hace imprescindibles en las señales de televisión y transmisiones telefónicas. pues. Cuando se dirige una corriente de electrones emitida de un cátodo. Microondas Son ondas electromagnéticas de frecuencias más altas que las de radio y TV (108 – 1012 Hz). e) Puede ver todas las anteriores. 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 sus frecuencias son más altas (longitud de onda corta) que las que normalmente usan las emisoras de radio. excepto el: a) Infrarrojo. se producen los rayos X. pero son prácticamente transparente para las ondas largas así como también para las de TV.Se sabe que las siguientes viajan a la velocidad de la luz. se les llama ondas cortas y tienen un alcance mayor que las de radio comercial y que las de TV. Rayos X Se puede considerar como el fenómeno inverso al efecto fotoeléctrico. 2.V. Se usan en algunos microscopios para estudios de biología celular. Las ondas de radio FM (10 y 50 m de longitud de onda). los pelos infectados con tiña exhiben fluorescencia. acelerado por una diferencia de potencial muy alta hacia el ánodo. . así por ejemplo. Así también los rayos ultravioletas pueden producir bronceamiento en la piel y provocar posibles quemaduras hasta generar cáncer en el tejido humano. b) Rojo. Es así que las ondas de TV tienen solo un alcance de 150 km. Tienen múltiples usos. 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). 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). d) Violeta.Las transmisiones de televisión se realizan por la vía satélite gracias a las microondas. los rayos ultravioletas (controlados) al incidir en el cuero cabelludo. c) Azul. Actividades Encierre en un círculo la alternativa correcta: 1. Su uso debe ser controlada. son más cortas aún que las de radio FM..Ondas de Radio AM Reciben este nombre por ser las que emplean las estaciones de radiocomunicación para realizar sus transmisiones. e) Las ondas de TV. esa radiación disminuye la formación de la vitamina D. 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. . a no ser que se recurra a retransmisoras. onda.De las siguientes. a) Refuerzo. a) Refracción.. e) Todas son ciertas. reflexion. b) Violeta. e) Convección...A.. c) Fotones. Max Planck. b) Ondas de radio. el fenómeno se llama.. b) Pueden atravesar una pared. teorias.La banda de colores producida al pasar luz blanca a través de un prisma se llama: a) Espectro visible. c) Al menos una cuarta parte de él.. c) Radiación.2..5... 4... e) Espejismo. 9. violeta y azul. e) Adición. refraccion.Describa la teoría corpuscular que es el espectro electromagnético mencione algunos ejemplos en los que este presente las ondas electromagnéticas en la vida cotidiana. 7. a) Absorción. young. b) Interferencia.3. b) Interferencia.Al fenómeno en que la luz se le puede observar en distintos colores.¿Qué color posee mayor longitud de onda? a) Azul. realice un mapa conceptual con los siguientes términos: Teoría corpuscular.. c) Son inofensivas.4. b) Reflexión. e) Amarillo..A. d) Efecto fotoeléctrico. se le llama . Desarrollo 1. naturaleza de la luz. b) Arco iris. e) La décima parte de él. entre si. Newton... c) Espectro electromagnético. onda electromagnética. calcule la energía del color rojo. amarillo.Si dos ondas luminosas se neutralizan entre si. c) Difracción. c) Rojo. 10. d) Verde. Huygens. reflexión. d) Viajan a la misma velocidad. e) N. d) Dispersión. difracción. d) Rayos x. c) Difracción..3. . d) Convergencia..La parte del espectro electromagnético visible al ojo humano es: a) Todo el espectro.Si dos ondas luminosas viajan de tal manera que se debilitan o cancelan.. e) N.. d) Una pequeña fracción de él. d) Mezcla. b) La mayor parte de él.. mencione a quienes intentaron medir la velocidad de la luz.... 8.. 6. las ondas electromagnéticas que tienen mayores longitudes de onda y las más bajas frecuencias son: a) Los rayos infrarrojos.Todas las ondas electromagnéticas: a) Son invisibles. el efecto se llama. 5. particula.6. teoría ondulatoria. interferncia.
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