cienciaselvallesanchinarrojahs.files.wordpress.com · Web viewNormalmente se toma como referencia un valle o una cresta o un punto de cruce con el eje de tiempos. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Colegio El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias Asignatura: FyQ 3º ESO

Ficha teóricaLuz y visión

Revisado:13/05/2023 Páginas: 1/6

¿Cómo vemos? El sentido de la vista

Vemos la luz que reflejan los objetos materiales, que a su vez reciben la luz del Sol.

Nuestro sentido de la vista registra, anota, da una imagen de lo que tenemos a nuestro alrededor, como si fuera una fotografía, un cuadro.

Nuestro sentido de la vista está constituido por los ojos, los nervios ópticos que transforman la señal visual (electromagnética en realidad) en señal nerviosa (eléctrica en realidad); y los centros nerviosos de nuestro cerebro interpretan esta señal eléctrica, transformándola en señal visual.

Por tanto, nuestro sentido nos da un registro de lo que hay alrededor a base de colores, formas, y perspectiva (cercanía y profundidad: sombras y luces).

Nuestro sentido de la vista no lo capta todo, ni mucho menos. Hay muchísimas señales electromagnéticas que no es capaz de captar, “no se entera”. Cada organismo tiene un sentido de la vista y capta distintas imágenes: los perros, los gatos, cada insecto... no ven igual que nosotros.

Nosotros no vemos nuestros huesos porque nuestros ojos no captan la radiación que emiten y sin embargo están emitiendo ondas electromagnéticas que sí podemos captar con un espectro de rayos X, las radiografías (el radio es un elemento radiactivo que emite rayos X).

La interpretación científica de la luz

LAS ONDAS Caracterización e identificación con modelos y símbolos.

La luz es un fenómeno natural que entendemos o interpretamos como una onda electromagnética.

Una onda(o fenómeno ondulatorio) es una perturbación del medio 1 que transporta energía pero no materia. Hay ondas que necesitan materia para desplazar esta energía, les llamamos ondas mecánicas, como por ejemplo el sonido. Otras ondas no necesitan materia para transportar energía, son ondas electromagnéticas, la luz es un ejemplo. Representamos las ondas con línea sinusoidal, “ondulada”, o bien con arcos consecutivos o incluso con bandas alternas:

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En estas representaciones hemos marcado su longitud de onda.

1 Una perturbación del medio es un cambio en las magnitudes que caracterizan e identifican ese medio, por ejemplo temperatura, presión, composición, velocidad de las partículas de materia que lo forman (cuando hay partículas, que a veces no las hay).

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Un grupo de ondas electromagnéticas recibe el nombre de haz de luz o haz luminoso, lo mismo que un “haz de trigo”. A las ondas electromagnéticas también se les llama radiaciones. Por ejemplo, la luz que recibimos del Sol es un haz de muchas luces, de rayos luminosos, es la radiación solar.

Nuestro modelo para interpretar las ondas las caracteriza, define o identifica con ciertas magnitudes (cada una con su símbolo y sus unidades): frecuencia (ν en hertzios o cm-1), longitud de onda ( en unidades de longitud), amplitud(A, en unidades de longitud) y periodo (T, en unidadesλ de tiempo). También, cada onda tiene una velocidad de propagación por cada medio: en le vacío se propaga a una v, en el vidrio a otra, en el agua a otra,... y eso para cada onda. También, cada onda, muestra un ángulo de refracción al atravesar cada medio transparente2.

Una persona se caracteriza por DNI, masa, carácter, altura, color de pelo, edad, nacionalidad, trabajo..., un modo).

Cada onda electromagnética de luz posee un valor para cada una de estas magnitudes, y en general se suele identificar y hablar para cada onda de frecuencia, (sería como hablar de las personas en general, por su DNI), por ejemplo, la frecuencia de las ondas de radio es de unos 106Hz=1GHz.

Un ciclo equivale a una vibración completa o a un movimiento completo que deja las partículas en el estado del que partimos para observarlas. Normalmente se toma como referencia un valle o una cresta o un punto de cruce con el eje de tiempos.

EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO2 Cada medio material es transparente a ciertas ondas, es decir, a ciertas frecuencias electromagnéticas. Otros cuerpos son opacos a todas las ondas

electromagnéticas, de manera que ninguna luz los traspasa, por ejemplo un muro de hormigón. Aunque nos lo parezca, el vidrio no es transparente a todas las ondas, a algunas de la zona del ultravioleta no lo es, por eso la piel que rodea a los ojos no tiene necesidad de responder sintetizando melanina que protege y se nos queda un cerco menos moreno.

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Todos los cuerpos emiten ondas de muchas frecuencias, pero siempre emiten un grupo de ellas con más intensidad, es decir, envía más cantidad de estas ondas, de manera que resultará más sencillo captar estas frecuencias; otra cosa es el instrumento o aparato receptor del que dispongamos, con su capacidad para captar radiaciones. Un símil para ondas sonoras sería pensar en una orquesta con muchos instrumentos, todos sonando, pero, por ejemplo la batería y la flauta suenan con más volumen, de forma que es más sencillo captarlos.

A continuación damos las frecuencias de las emisiones más intensas para algunos objetos o cosas: un edificio emite a 104Hz, los humanos a 108Hz, los insectos a 1010Hz, los protozoos a 1015Hz, las moléculas alrededor de 1015Hz, los átomos alrededor de 1018Hz, el núcleo atómico alrededor de 1020Hz.

Al conjunto de todas las radiaciones ordenadas por el valor que toman las magnitudes le llamamos espectro electromagnético. Por otra parte, es muy extenso y complejo, de manera que hemos puesto nombre también a cada una de sus zonas:

LOS CUERPOS EMITEN RADIACIONES: EL ESPECTRO QUE LOS IDENTIFICA

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Cada cuerpo, cada sustancia, irradia o emite radiaciones de varias frecuencias, y diremos que también emite o que se caracteriza por un espectro electromagnético. La luz del Sol tiene muchas frecuencias, tantas como el espectro electromagnético. Esto se debe a que contiene todos los elementos del universo, y además en muchos estados energéticos, de manera que emite en todas las frecuencias.

Por otra parte, cada receptor electromagnético es sensible a una zona o varias zonas, y no tienen porque ser consecutivas. Nuestros ojos captan la zona del espectro “llamada luz visible”.

Para ver la luz, necesitamos materia que la refleje hacia nuestros receptores, los ojos. Pensemos en los miles de millones de kilómetros que distan entre Tierra y Sol, en concreto unos 150000millones de kilómetros. La atmósfera terrestre, formada por materia gaseosa, tiene unos 10km de grosor. Hasta que la luz del Sol no la alcanza, viaja en el vacío, es decir, por un espacio sin materia, y por ello todo es oscuro, pues no hay nada que la revele, que la muestre, que nos diga que está ahí, que indique que algún tipo de E se desplaza.

Cuando la luz llega a la atmósfera choca con las partículas de gas. Parte de esta E es tomada, absorbida por estos gases y parte la reflejan hacia el espacio exterior. El resultado es una luz azulada que captan nuestros ojos al mirar de día al cielo. Si no hubiera atmósfera, al mirar de día hacia arriba lo veríamos todo negro, salvo el Sol.

Cada sustancia absorbe parte de las radiaciones o del espectro que recibe y otra parte la emite. La energía de las ondas que absorbe la emplea en sus movimientos internos y en saltos de los electrones entre sus niveles energéticos concretos. La que refleja, junto con la que emiten los electrones concretos (del objeto o la sustancia concreta) al regresar a sus estados estacionarios, es justamente la radiación, la luz que vemos con nuestros ojos o la que captan nuestros instrumentos receptores electromagnéticos.

Cada bandera es un espectro que nosotros captamos. Los tintes y las telas de las banderas emiten otras ondas, pero nuestros ojos solo captan radiaciones del espectro visible. Con otro receptor electromagnético observaríamos otro espectro, y no los colores rojo y amarillo de nuestra bandera, por ejemplo.

RECEPCIÓN O REGISTRO DE UN ESPECTRO 4





LA INGENIERÍA, LO PRÁCTICO, VEAMOSCada átomo de cada elemento emite un espectro diferente cuando le suministramos energía,

por ejemplo en forma de energía eléctrica. Esto lo podemos entender con la resistencia de un brasero en una habitación sin luz: al enchufarlo le estamos dando E eléctrica y el resultado es una energía emitida como luz rojiza junto con el resto en forma de calor.

Realmente cuando pulsamos el interruptor de la luz ocurre lo mismo, la diferencia está en el tipo de material que recibe la descarga eléctrica, la E eléctrica: la resistencia del brasero está construida con un material que transforma la E eléctrica en poca luz y mucho calor, y el material del filamento de la bombilla o el gas del tubo fluorescente lo transforma en mucha luz y poco calor. El espectro de una bombilla es blanco amarillento y el del brasero es rojizo, vistos por nuestros ojos directamente.

Por supuesto, la emisión de ondas luminosas en estos dos casos tiene lugar en todas las direcciones, por eso vemos todos los objetos que nos rodean, pero si canalizamos estas radiaciones y las proyectamos sobre una lámina sensible a dichas radiaciones, es decir, que responda de algún modo ante el estímulo luminoso, por ejemplo con más o menos brillo o emitiendo en unos u otros colores como respuesta, tendremos una fotografía, un espectro que corresponde a la sustancia inicial que emite bien sea la aleación que forma la resistencia del brasero o bien la aleación que forma el filamento de la bombilla o el gas que llena el tubo fluorescente. De este modo, podemos caracterizar cada sustancia, cada molécula, cada átomo con un espectro.

La captación o registro de las radiaciones luminosas es muy compleja y exige de artimañas constantes a la ingeniería. Por ejemplo, (y haciendo un homenaje a Newton, quien primero uso el prisma de forma consciente en electromagnetismo), para distinguir el espectro electromagnético del Sol en toda su grandeza, podemos quedarnos con la luz a la que llamamos “blanca” o bien dirigir un haz de esta luz, dentro de una cámara oscura (para ver con claridad lo que nos interesa y evitar interferencias) hacia un prisma.

Cada onda tiene unas características, y una de ellas, recordemos es el ángulo de refracción, con que atraviesa un material, de manera que al traspasar un prisma, cada onda sale en una dirección diferente y podemos observar maravillados en un abanico de ángulos, todos los colores de la zona visible del espectro electromagnético.

En otras ocasiones, la intensidad, es decir, la cantidad de luz, de ondas que nos llega, es ridícula, es casi nula, y por mucho que tengamos los ojos abiertos de noche, no captamos casi nada de luz, decimos que estamos a oscuras. Esto puede ocurrir porque el objeto realmente emita poca luz o bien porque nos llegue poca luz (como en el caso del Sol por la noche) o porque el objeto esté muy lejos, como tantas estrellas y galaxias.

Por muy sofisticado que sea el instrumento inventado, si no le llega luz, no nos va a registrar nada, lo mismo que nuestros ojos de noche. Para conseguir mayor intensidad, dirigimos los pocos rayos de luz hacia un punto muy pequeño, de manera que en ese punto la intensidad es mayor y colocando justamente en ese punto nuestros receptores, quizá sean capaces de registrarlo. Esto es lo que hacen las antenas parabólicas, los prismáticos, los microscopios y los telescopios.

Los prismáticos concentran los rayos luminosos de objetos lejanos combinados con nuestro prisma natural, el cristalino, justamente en la fóvea, el punto más sensible de la retina.

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Los telescopios hacen lo propio con los rayos de luz que emiten planetas, estrellas... Los prismáticos y los telescopios, tienen toda una secuencia de lentes que van concentrando, dirigiendo y limpiando de interferencias la luz recibida para que a nuestros ojos les lleguen nítidas, claras y con la suficiente intensidad para captarla.

Imagen superior. En este esquema del funcionamiento de un prismático vemos el objetivo, que sería la lente mayor, y el ocular, la menor y más cercana al ojo. Los conos delimitados por rayos representan todos los rayos que incluyen.

Imagen derecha. En el esquema del microscopio, no solo se observan varias lentes para dirigir la imagen al ojo, sino un sistema de espejos para dirigir luz hacia el objeto, de manera que aumenten los rayos que envía hacia nuestros ojos.

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