ESPECTRO DE RADIACIN ELECTOMAGNTICA Y SUS APLICACIONES

Introduccin: ONDA ELECTROMAGNTICAQu es una onda electromagntica? Una onda electromagntica es una perturbacin que se propaga en el vaco transportando energa a la vmx permitida que es la velocidad de la luz.

Caractersticas1. Una

onda electromagntica se caracteriza por tener dos campos: Un campo elctrico E y otro magntico H, oscilando perpendicularmente entre s y ambas oscilaciones son al mismo tiempo perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda, como se indica en el siguiente grfico:

2. GRFICO

DE UNA ELECTROMAGNTICA

ONDA

2. La velocidad de una onda electromagntica en el vaco es constante mientras no cambie de medio de propagacin. c = 3x108 m/s. 3. Las ondas electromagnticas se propagan en lnea recta mientras no sufran influencias externas ni cambien de medio de propagacin4.

Cuando una onda encuentra en su recorrido una superficie contra la cual rebota, se produce una

reflexin despus la onda sigue propagndose en el mismo medio. Si la superficie es de vidrio transparente, una parte de la onda se refleja y otra se refracta, como se puede observar en el siguiente grfico.

i = r Refraccin Es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Slo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separacin entre los dos medios y si stos tienen ndices de refraccin distintos. La refraccin se origina un cambio en la velocidad de la onda. El ndice de refraccin es precisamente la relacin entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vaco para las ondas electromagnticas) y su velocidad en el medio de que se trate.

PARMETR0S DE UNA ONDA ELECTROMAGNTICA Son los siguientes: Amplitud A : Es la medida de la mxima perturbacin producida por la onda. Unidades: En el SI la A m. Ciclo: Es aquella regin comprendida entre una longitud de onda. O sea que en un ciclo la onda completa un ngulo equivalente a 2 rad. Longitud de onda : Es la distancia comprendida entre dos crestas sucesivas o dos valles sucesivos de una onda. Unidades: En el SI la m. Tambin se utilizan otras unidades como: m, nm y (angstroms) Frecuencia f: Es el nmero de ciclos que pasan por un punto dado en una unidad de tiempo. Si dicho intervalo es de un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Otras unidades de frecuencias muy utilizadas (en otros mbitos) son las

"revoluciones por minuto" (RPM) y los "radianes por segundo" (rad/s). Perodo T: Es el tiempo que tarda la onda en dar una oscilacin completa. Unidades: En el SI, el T s Velocidad : Las ondas se desplazan a una velocidad que depende de la naturaleza de la onda y del medio por el cual se mueven. Si las ondas se desplazan en el vaco, la velocidad se denota con c, si las ondas electromagnticas atraviesan un medio material, su velocidad se representar con v. Unidades: En el SI, la v m/s Tanto la velocidad, la longitud de onda, el perodo y la frecuencia estn relacionados de la siguiente manera: =cT T = 1/f = c/f f = c/La energa electromagntica en una particular longitud de onda (en el vaco) tiene una frecuencia f asociada y una energa de fotn E. Por lo tanto, E = h f o E = h c/

Donde: E= Energa de la radiacin. En el SI, la Energa se expresa en J aunque tambin se la puede expresar en eV. h= Constante de Planck h= 6.626 x 10-34 J . s

ECUACIN PARA UNA ONDA ELECTROMAGNTCA VIAJERA: Y(x,t) = Yo Sen ( Kx-wt ) + Donde: Y(x,t) = funcin de onda que (x,t). Se expresa en m Yo = Amplitud de onda inicial. Se expresa en m K = Nmero angular. Se expresa en m-1 K=2/ w = Velocidad angular. Se expresa en rad. w = Kv =2 v. Se expresa en rad/s.

Las ondas electromagnticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y alta energa, mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energa.

EL ESPECTRO ELECTROMAGNTICOEl espectro electromagntico est formado por un conjunto de radiaciones electromagnticas ordenadas de acuerdo a su longitud de onda, que en orden decreciente tenemos las ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible , ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El espectro electromagntico es infinito y continuo. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que adems de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiacin. En la siguiente tabla se indica las diferentes regiones del espectro electromagntico.

LONGITUD DE ONDA LARGA. BAJA FRECUENCIA.

LONGITUD DE ONDA CORTA. ALTA FRECUENCIA.

ONDAS DE RADIO, MICROONDAS Y RAYOS INFRARROJOS LUZ VISIBLE y ultra-violetaSe denomina espectro de luz visible a la regin del espectro electromagntico que el ojo humano es capaz de percibir. La luz visible o luz blanca se descompone formando un espectro de 7 colores, empezando por la banda roja que tiene una longitud de onda de aprox. 760 nm le sigue en orden decreciente las bandas: naranja, amarilla, verde, ail, azul y violeta con una de aprox. 440 nm

En la siguiente tabla se muestra las bandas del espectro visible y los rangos de para los diferentes colores. Siendo la banda roja la que tiene mayor .Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Ail Violeta 630 - 760 nm 590 - 630 nm 560 - 590 nm 490 - 560 nm 440 - 490 nm 420 - 440 nm 380 420 nm

Uno de los ejemplos, de la formacin de un espectro de luz visible es el siguiente. Cuando un rayo de luz blanca o luz visible que proviene del SOL o de alguna otra fuente, al incidir oblicuamente sobre una de las caras de un prisma de vidrio transparente, el rayo de luz al atravesar el prisma no sigue la misma direccin sino que se dobla acercndose a la normal Y por qu se dobla? .por que este medio presenta un ndice de refraccin diferente al primero, existiendo una disminucin en la velocidad y se dice que el rayo de luz se ha refractado dando lugar a un espectro de varios colores cada uno con su respectiva longitud de onda. Siendo la banda roja la que tiene mayor longitud de onda y la banda violeta la de menor longitud de onda.En la Fig. 2 Se presenta un espectro visible y sus colores.

La caracterstica de reflexin y refraccin de la luz ha permitido ser aplicada en artefactos importantes como el prisma que permite separar los colores de la luz blanca, en una gran variedad de lentes, y parablicas que permiten concentrar o dispersar la luz y aplicarlo en lupas, gafas, cmaras fotogrficas, microscopios, telescopios y otros artefactos pticos tiles. Origen del fenmeno: La produccin de la radiacin electromagntica es un proceso que se lleva a cabo en todos los confines del Universo. A travs del espacio, nos llega radiacin electromagntica en todas las regiones del espectro desde todas las fuentes estelares y de otros objetos siderales. Cargas elctricas en movimiento generan radiacin electromagntica. La materia calentada a altas temperaturas produce radiacin electromagntica

(los tomos vibrando se convierten en pequeos osciladores). Igualmente la materia a temperaturas de millones de grados en las estrellas produce radiacin electromagntica. La materia nebulosa en el espacio, sometida a fuertes campos magnticos tambin produce radiacin electromagntica, como tambin la materia sometida a fuertes campos gravitacionales.

La radiacin UltravioletaEl Sol emite radiacin UV en las bandas UVA, UVB y UVC, pero debido a la absorcin en la capa de ozono de la atmsfera, el 99% de la radiacin UV que llega a la superficie terrestre es UVA.

La radiacin ultravioleta UV junto con la luz visible y los rayos infrarrojos forman parte de la regin ptica del espectro electromagntico. El UV tiene longitud de onda menor que la regin visible, pero mayor que los rayos X. El UV se subdivide en UV cercano (370200 nm de longitud de onda) y UV extremo (200- 10 nm). Al considerar los efectos de la radiacin UV en la salud humana y el medio ambiente, el UV frecuentemente se subdivide en UVA (380-315 nm), tambin llamado de Onda Larga luz negra (invisible al ojo), UVB (315-280 nm), tambin llamado Onda Media y UVC (< 280 nm), tambin llamado de Onda Corta germicida. Algunos animales, incluyendo pjaros, reptiles e insectos como las abejas, pueden ver en el UV cercano. Muchas

frutas, flores , semillas y plumaje de aves sobresalen en la regin UV.

FUENTES DE LUZ VISIBLE:Las estrellas producen radiacin como consecuencia de las reacciones de fusin nuclear producidas por las altas temperaturas en el interior de ellas (varios millones de K ). Las estrellas durante la noche emiten en la regin visible. La parte externa del sol emite radiacin como un cuerpo negro con una temperatura cerca de 6000 K. Cualquier cuerpo caliente (una llama, un plasma, un metal incandescente, una cermica caliente) puede emitir radiacin, siendo ms alta la frecuencia de la radiacin entre ms alta es la temperatura del material. Este fenmeno se utiliza para crear las fuentes artificiales de luz para nuestro uso:

lmparas incandescentes o bombillos.

APLICACIONES DE LA LUZ ULTRAVIOLET

VISIBLE Y

La luz VIS por sus variados colores que presenta es utilizada en la fabricacin de: Lseres (LED). y los diodos emisores de luz

Tenemos los siguientes tipos: Lser de dixido de carbono (CO2): presenta altos niveles de potencia en forma continua y se utiliza para cortar, soldar, grabar, y marcar. Los lseres de fibra utilizan fibras pticas con bajas concentraciones de haluros de tierras raras utilizados para amplificar la luz. El lser de semiconductores. Se utiliza en comunicacin con la fibra

ptica, en aparatos para tocar discos compactos (CD) y en espectroscopa molecular. Los lseres apuntadores, son instrumentos compactos que producen luz visible (rojo) de baja potencia y se utilizan en presentaciones como apuntadores.

Los LED convencionales se fabrican de una variedad de compuestos inorgnicos produciendo varios colores. Los LED tienen muchas aplicaciones y estn sustituyendo a las lmparas convencionales en: a) Indicadores de informacin en aeropuertos y estaciones de trenes; b) Indicadores para el prendido y apagado en la mayora de los instrumentos modernos: control remoto para TV, VHS, CD;

c) seales de trnsito y semforos; d) luces indicadoras bicicletas; en carros y

e) indicadores en calculadoras. f) luces rojas en sitios para mantener visin nocturna o luz baja en cabinas de aviones, submarinos,etc.

RAYOS X

Y

RAYOS GAMMA

Figura 35. Ejemplo de semiconductors (fotodiodos)

detectores ejemplos

de de

En la Figura 35 se muestran detectores de semiconductores

(fotodiodos). La primera serie de detectores utilizan el efecto fotoelctrico y efecto

de multiplicacin por gas; tiene sensibilidad en el UV (185- 260 nm); se utiliza en 61 detectores de fuego, alarmas de detectores de descargas de corona fuego y

invisibles en lneas de transmisin de alto voltaje. Las otras series son fotodiodos de silicio, tienen baja capacitancia velocidad (rango 350 -1100nm); tienen y alta

aplicacin en lectores de cdigos de barra, detectores de humo, utensilios y aparatos caseros (control remoto), controles industriales, instrumentacin, deteccin con lseres, detectores de niveles de luz, contador de partculas, bajos

mediciones qumicas y analticas, sensores para fibra ptica (850 nm, alta velocidad), receptores de datos pticos, receptores de video, Ethernet, sistemas basados en fibra (740- 900 nm) Figura 36. Ejemplos de fotodiodos y arreglo de fotodiodos. En la Figura 36 se muestran otros ejemplos de fotodiodos y arreglo de fotodiodos.

Los fabricados de GaN permiten deteccin del UV (200- 365 nm); otros son de silicio y tienen aplicacin como monitores de contaminacin, medidores de exposicin al UV, purificacin fluorescencia y aplicaciones de agua, SiC

espectroscpicas. Los detectores de (sensibles de 200 -400 nm) se utilizan en

deteccin de combustin, llamas y arcos, radiacin solar, esterilizacin, curado con UV, control en fototerapia. Los arreglos de fotodiodos tienen varios elementos unidos y se utilizan en registradores imgenes (scanner), registradores de de

maletas, en aplicaciones mdicas, comerciales, industriales y militares. 62 Los dispositivos acoplados de carga(CCD, charge- coupled device) son detectores que tienen aplicacin rayos X hasta la zona visible desde los

La fibra ptica y los sistemas de fibra ptica han generado una nueva tecnologa con muchas aplicaciones telecomunicaciones, medicina, militares, en en

la industria automotor y a nivel industrial. El diagrama de un sistema de fibra ptica se muestra en la Figura 38. En la Figura 39, se compara el tamao de una fibra ptica que es capaz de llevar una cantidad equivalente de informacin que los cables de cobre mostrados. En la misma Figura se muestra un sistema de fibra ptica del mercado. Un sistema de fibra ptica consta de: a) un generador de luz (que puede ser: un lser, un LED o una lmpara de halgeno o un haluro de metal); b) el equipo de la fibra (que consta de un conector universal, la gua de la luz, una terminacin); c) adaptacin al final de la fibra o un receptor de la luz. 64 Figura 38. Diagrama de un sistema de fibra ptica Figura 39. Fibra ptica. Se muestra equivalente en cable de cobre para transmitir la misma cantidad de informacin. La fibra ptica transmite la informacin en forma de luz y no en forma elctrica el

Las fibras pticas tienen varias ventajas para sus aplicaciones, principalmente en las telecomunicaciones Las aplicaciones de fibras pticas en telecomunicaciones son muy extensas desde redes globales hasta redes telefnicas o de computadoras locales. Comprende la transmisin de audio (voz), datos, video, mensajes de computadoras, informacin financiera entre bancos; televisin por cable y televisin comunitaria; sistemas de transporte inteligentes, luces de trnsito inteligentes, cabinas de peaje automticas. Algunas aplicaciones del UV: a) La luz negra se utiliza para irradiar materiales que producen luz visible fluorescencia fosforescencia. Sirve para por

autenticar antigedades y papel moneda; determinacin de fisuras en estructuras metlicas (se aade un fluido fluorescente). b) Las lmparas fluorescentes producen radiacin UVC por emisin mercurio a baja presin, un recubrimiento de

fosforescente dentro del tubo absorbe los rayos UV y produce luz visible. c) Trampas UV para eliminar insectos voladores, que son atrados por el UV y matados por shock elctrico al entrar contacto con el aparato. d) Lmparas UV en

se utilizan para analizar minerales, gemas, antigedades, bioqumica, estudios forenses. e) Radiacin UV se fotolitografa para la manufactura de usa en y

semiconductores, circuitos integrados circuitos impresos. En esta tcnica, una

sustancia qumica (fotoresistencia) se expone al UV que ha pasado por una mscara; una reaccin qumica ocurre en la sustancia fotorresistencia que se ha expuesto, y despus del revelado aparece un patrn geomtrico. f) Deteccin de aislamiento elctrico por deteccin de coronas de descarga en aparatos elctricos, donde los campos elctricos fuertes ionizan el aire y excitan las molculas de nitrgeno, que emiten en el UV. g) Lmparas UV se utilizan para esterilizacin del

lugar de trabajo, utensilios utilizados biologa y en medicina. Se utilizan las

en

lmparas de Hg de baja presin (254 nm, 185 nm). h) La radiacin UV es un 67 viricida y bactericida muy efectivo, por lo cual se utiliza para desinfectar agua de tomar. Adems se ha utilizado para desinfectar aguas de desecho. i) El UV se utiliza en procesamiento de alimentos, para eliminar microorganismos y pasteurizar alimentos lquidos. j) Deteccin de fuegos utilizando detectores basados en carburo de silicio (SiC) y nitruro de aluminio (AlN), ya que la mayora de los fuegos emiten en el UVB. k) Curar adhesivos y recubrimientos que tienen fotoiniciadores que polimerizan con el UV en una reaccin rpida. Se aplica en pegar a vidrios y plsticos, recubrimientos de pisos y rellenos dentales.

Importancia de la luz UV-visible en la biosfera: Debido a que Sol emite

fuertemente en la regin UV-visible- Infrarrojo, los seres vivos en el planeta Tierra han evolucionado para aprovechar la energa que nos llega del Sol. Los productores primarios de la cadena alimenticia (plantas y fitoplancton) utilizan la luz solar para producir sustancias diversas en el proceso de fotosntesis. La energa almacenada en esas sustancias orgnicas es utilizada de all en adelante por toda la cadena alimenticia para su sobre-vivencia. Muchas especies de animales han desarrollado la capacidad de ver o sensibles a la regin visible (y algunos al UV e IR, como insectos y aves) desarrollado rganos especializados de y ser han

visin. Esto ha conducido a la evolucin de pelaje, plumaje o cobertura muy coloreada y vistosa en muchas especies para transmitir informacin a su especie o a sus depredadores. La regin ultravioleta generalmente es muy energtica y suele ser daina para las especies vivas en la tierra. Los animales marinos estn

protegidos por el agua, que absorbe la luz UV. En el planeta Tierra se ha desarrollado un capa protectora contra la luz UV de ms alta energa (UVB, UBC) que es la capa de ozono ubicada en estratosfera y formada por la accin de la misma radiacin UV con las molculas oxgeno. La capa de ozono permiti el 79 la de

desarrollo de la vida fuera del agua. Recientemente se ha observado destruccin de la capa de ozono por sustancias gaseosas que contienen cloro, tales como los clorofluorocarbonos (CFC), el tetracloruro de carbono. Esto cloroformo y

aumentar los daos en los seres vivos causado por el UV, incluyendo cncer de la piel en humanos. La radiacin infrarroja que llega del sol y la caracterstica de la atmsfera terrestre, mantiene una temperatura apropiada para la vida en este planeta, ya que los seres vivos funcionan dentro de un rango de temperatura adecuado. La presencia de gases como el vapor de agua, el dixido de carbono,

metano y otros mantienen esa temperatura a travs del efecto invernadero. Recientemente un aumento desmesurado del dixido de carbono en la atmsfera producto del uso de combustibles (carbn, petrleo, gas natural) como fsiles

fuentes primarias de energa, est conduciendo a un calentamiento global que puede tener consecuencias muy serias para la biosfera en el planeta. Para la especie humana, la presencia de luz visible permitido organizar la mayora de las le ha

actividades de la sociedad durante el perodo diurno y cualquier otra necesidad de luz se cubre con fuentes artificiales producen la radiacin necesaria (alumbrar que

ambientes internos y nocturnos). La especie humana tambin ha utilizado fuentes de luz visible y ultravioleta para efectuar reacciones qumicas inducidas por la luz (reacciones fotoqumicas, fotlisis, fotolitografa, mquinas fotocopiadoras, impresoras lser, impresin de microcircuitos) .

Figura 3. Parmetros de onda electromagntica. E, campo elctrico; H, campo magntico; A, amplitud de la onda; , longitud de onda; c, velocidad de la onda; x, direccin de propagacin ambas oscilaciones son perpendiculares a la direccin y). Observe tambin que la oscilacin del campo elctrico E y el campo magntico B va desde un valor de cero amplitud (Ver Figura 3, valor de A= amplitud de la onda, E, campo elctrico; H, campo magntico) hasta un mximo en la direccin positiva (coordenada z x), 10 luego empieza a disminuir hasta cero y contina hasta un mnimo en la direccin negativa (coordenada z x). La longitud de onda, , (Ver Figura 3) es la distancia entre crestas sucesivas (o la distancia entre mximo y mximo de la onda; o entre mnima y mnima). Un ciclo corresponde a la parte de la onda que hay entre dos crestas sucesivas. La Figura 2 muestra 1 ciclos. En un ciclo, la amplitud de la onda vuelve a su punto de partida (en este caso, al valor de cero amplitud) despus de oscilar hasta el punto mximo y el punto mnimo. La longitud de onda es la longitud de un ciclo de la onda. La frecuencia (representada por f ) de la onda es el nmero de ciclos que pasan por un punto dado en la unidad de tiempo. velocidad de la onda es c (ver Figura 3), y como distancia = velocidad x tiempo, entonces: = c(1/ )

= c = c/ La frecuencia ( f ) se da en unidades de 1/seg (-1). Esta unidad corresponde a 1 herzio (Hz) (sistema SI). 1 Hz= 1 s-1. Tambin se utilizan: 1kHz = 103 Hz; 1MHz = 106Hz; 1GHz= 109Hz. Las unidades de longitud de onda comunes, depende de la regin del espectro que se est analizando. Para las ondas de baja frecuencia (Ver Figura 1, ondas de radio, microondas, 104 1010 Hz, longitud de onda en metros) se utilizan valores de en metros (m) en centmetros (cm). Para ondas de alta frecuencia (Ver Figure 1, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayosX , rayos gamma, frecuencia: 1012 1022Hz) se utilizan valores de en micrmetros, 1m= 10-6m; nanmetros, 1 nm = 10-9 m = 10 y en angstrom, 1 = 10-8 cm = 10-10 m. El nmero de onda, = 1/ (en cm-1) es el nmero de ciclos de la onda en 1 cm de longitud. La velocidad de la luz, c, en el espacio vaco, es una constante de la naturaleza y es la misma para cualquier regin del espectro electromagntico, o sea que no vara ni con la frecuencia, , ni con la longitud de onda, . De acuerdo a la teora de la relatividad de A. Einstein, la luz no necesita un medio para desplazarse y la velocidad mxima en el universo corresponde a la velocidad de la luz. El valor aceptado de la velocidad de la luz es c = 300 000 Km/s .

La velocidad de la luz en otro medio o material transparente puede ser diferente que la velocidad de la luz en el espacio vaco, y depende de la caracterstica del material y de la frecuencia de la luz. La relacin entre las dos velocidades, c/cb , corresponde al ndice de refraccin, nb = c/cb. Por ejemplo para la lnea amarilla del Na (lnea D del sodio, 589.3 nm): naire= 1.0003; nagua= 1,33; nvidrio = 1.5 -1.9. 2.2 Caractersticas del fenmeno luz visible: Con la luz visible se realizaron algunos experimentos por ejemplo Cuando la luz visible u otra radiacin electromagntica choca con una superficie metlica pulida ocurre una reflexin y cuando la luz visible choca con la superficie de un material transparente como el agua o el vidrio, ocurre una refraccin, o sea la luz cambia de direccin en el material, segn el valor del ndice de refraccin, nb, de dicho material. La caracterstica de reflexin y refraccin de la luz ha permitido ser aplicada en artefactos importantes como el prisma que permite separar los colores de la luz blanca, en la gran variedad de lentes, y parablicas que permiten concentrar o dispersar la luz y aplicarlo en lupas, gafas, cmaras fotogrficas, microscopios, telescopios y otros artefactos pticos tiles. Cuando la luz pasa a travs de agujeros o rendijas muy pequeos o pasa a

travs de materiales diferentes muy delgados (todos del tamao de la longitud de onda de la luz, como por ejemplo una pelcula de jabn) se observa el fenmeno de difraccin o interferencia que produce bandas claras y oscuras o coloreadas. Este fenmeno 12tiene aplicaciones como en una red de difraccin en espectrofotmetros o la difraccin de rayos-X por un cristal (ver mas adelante). Cuando la luz choca con partculas muy pequeas como la niebla o el polvo muy fino, ocurre el fenmeno de dispersin, cuyo grado depende de la frecuencia de la luz. Todos los fenmenos descritos arriba, fueron explicados utilizando la definicin ondulatoria de la luz. Se consider que la luz era una manifestacin de una onda electromagntica que contena un campo elctrico y un campo magntico oscilante, mutuamente perpendiculares y perpendicular a la direccin de propagacin, que se desplazaba a la velocidad de la luz, c. (Ver Figura 2 y 3). Esta descripcin permite describir la polarizacin de la luz. Si la descripcin es que la oscilacin de los campos elctrico y magntico es en un solo plano, entonces la luz es una onda polarizada en el plano (como se muestra en las Figuras 2 y 3). Esta luz polarizada es caracterstica de los lseres (ver mas adelante). Si no hay una polarizacin preferencial, entonces la luz es

circularmente polarizada, siendo esta la caracterstica de la mayora de las fuentes de radiacin. Una lente o placa Polaroid permite seleccionar una orientacin particular de una luz no polarizada. La radiacin electromagntica fue relacionada con el comportamiento de cargas elctricas en movimiento a travs de las ecuaciones del electromagnetismo propuestas por J.C. Maxwell (Ver Apndice 1) que relaciona los campos elctricos y magnticos. Algunos experimentos tales como la radiacin de un cuerpo negro y el efecto fotoelctrico no pudieron ser explicados por el modelo ondulatorio de la radiacin, siendo necesario proponer una alternativa para su explicacin. La propuesta vino de Max Plank quien propuso que la emisin de radiacin de un cuerpo negro estaba cuantizada y de A. Einstein quien propuso que la luz estaba conformada por 13fotones que se comportaban mas como partculas y viajaban a la velocidad de la luz y su energa dependa de su frecuencia: E= h , donde h = constante de Plank = 6.625 x 10-34 joule-seg. El comportamiento dual onda-partcula es la mejor descripcin de la radiacin electromagntica actualmente. Dependiendo del tipo de experimento realizado, el comportamiento de la luz se puede explicar

como ondulatorio (ondas electromagnticas) o como partculas (fotones). En la teora de la electrodinmica cuntica (QED), los fotones corresponden a la partcula que transmite la fuerza electromagntica entre partculas con cargas elctricas: los fotones sern absorbidos y emitidos por estas partculas cargadas.

Qu es Espectro Electromagntico?El Espectro Electromagntico es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como las ondas de radio, hasta los que tienen menor longitud como los rayos Gamma. Entre estos dos limnites estan: las ondas de radio, las microondas, los infrarrojos, la luz visible, la luz ultravioleta y los rayos X Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa. Las caractersticas propias de cada tipo de onda no solo es su longitud de onda, sino tambin su frecuencia y energa. En la siguiente tabla se muestra como se divide el espectro electromagntico: (empezando de con la que tiene

Luz visibleVer La Luz: caractersticas y estructura

Longitud de onda, velocidad, coloresLa luz, al igual que el sonido, es una combinacin de "tonos" de diferentefrecuencia. Se puede decir que los tonos es al sonido lo que los colores es la luz. Laluz es entonces una combinacin de colores (cada color de diferentefrecuencia y longitud de onda). La luz blanca es una mezcla derayos de luz combinados. Cada uno de estos rayos tiene su propia longitud de onda, y es la variacin de esta longitud de onda la que permite obtener todos los colores posibles. Se pueden ver los colores del arco iris, que es la luz blanca que viene del sol y es separada por las gotas de lluvia a modo de prisma. A veces cuando se comparan dos fuentes de luz blanca, se nota que no son exactamente iguales. Esta diferencia se explica en que cada fuente de luz tiene una combinacindiferente de tonos de color. Algunas luces blancas son ms amarillentas o azuladas que otras y esto se debe a que en la combinacin de colores predomina ms uno de ellos. A continuacin se representa la descomposicin de la luz blanca (luz visible), en los colores que la componen, mediante un prisma.

La longitud de onda se expresa de la siguiente manera: = c / f donde: - = longitud de onda de la luz - c = velocidad de la luz en el espacio (300,000 Km./seg) - f = frecuencia La luz se puede dividir en tres categoras:

Notas:1m=10-6m (m) 1A=10-10m (m) 1m = 10 000 A El ojo humano tiene una capacidad limitada y no es capaz de ver luz de longitudes de onda mayores a la de la luz ultravioleta (UV), ni menores a la de la luz infrarroja. La Luz que todos vemos, se descompone en los colores que se muestran en la tablaanterior. La luz blanca es la combinacin de todos los colores y la negra es ausencia de ellos

Los Rayos UltravioletaEstos rayos se dividen en 3 grupos: Cercano, Lejano y Extremo que se diferencian a parte de su frecuencia por la cantidad de energa que transmiten. La que ms energa transmite es: Los rayos Ultravioleta Extremo (EUV).

Los rayos XEstos rayos de menor longitud de onda que los rayos ultravioleta tiene mas energa (la energa aumenta con el aumento de la frecuencia) Se comporta ms como una partcula que como una onda. Son muy utilizados en el rea de la medicina ya que las diferentespartes del cuerpo por su diferente densidad absorben mas o menos esta radiacin, pudiendo verse un ejemplo en las placas de rayos X que todos conocemos.

Los rayos GammaEstas ondas son generadas por tomos reactivos y en explosiones nucleares. Estos rayos pueden matar las clulas y en medicina son utilizadas para matar clulas cancerosas.

El Espectro ElectromagnticoEl espectro electromagntico se refiere a un "mapa" de los diferentes tipos de energa de radiacin y sus correspondientes longitudes de onda. hay usualmente 6 subdivisiones (ondas de radio, infraroja, visible, ultravioleta, rayos X y rayos gama) de el espectro electromagntico.

Espectro Electromagntico Click para tamao completo Creditos: Csar Salazar

Como se puede observar, la parte visible del espectro es realmente muy pequea en relacin con los otros tipos de energa. De izquierda a derecha, el espectro muestra un incremento de energa. Este incremento de energa se ve en un incremento en la frecuencia. Y la frecuencia est en relacin inversa con la longitud de onda. *Si no ve correctamente los smbolos o la notacin, visite la Ayuda

Usando la ecuacin v= f, donde v= velocidad (en este caso de la luz), = longitud de onda, y f = frecuencia, nosotros podemos observar la relacin inversa. La unidad para la longitud de onda es el metro (m) y para la frecuencia es el Hertzio (Hz). La velocidad de la luz est representada por v, es una constante: 3x10^8 m/s. Nosotros podemos tambin calcular la frecuencia si se nos da la longitud de onda, y la longitud de onda si se da la frecuencia.

01. El espectro de la radiacin:En determinadas condiciones, los cuerpos emiten energa en forma de radiacin. Tambin los cuerpos absorben la radiacin que emiten otros cuerpos, asimilando energa. Cmo medir la radiacin emitida o la radiacin absorbida por los cuerpos?. Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiacin, es decir, de separar la radiacin en sus componentes, se llama un espectroscopio. Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrgrafo, y si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrmetro. Cuando es capaz de medir tambin la intensidad de la radiacin, se llama espectrofotmetro. La principal emisin de radiacin de los cuerpos es la radiacin electromagntica en forma de luz visible. Se dice que el arco iris es el espectro de la luz visible procedente del sol. En el ejemplo del espectro constituido por el arco iris, son las gotas de lluvia y el aire atmosfrico lo que hacen de espectroscopio. La longitud de onda de la radiacin puede ser desde muy pequea, en el caso de la llamada radiacin gamma, hasta muy grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando desde nanmetros y ngstroms hasta cientos de metros. Recordemos que un nanmetro es la milmillonsima parte de un metro (1 m = 109 nms) y que un ngstrom es la diez mil millonsima parte de un metro (1 m = 1010 A), por lo que un nanmetro equivale a 10 ngstrom (1nm = 10 A)

La luz que recibimos del Sol es radiacin electromagntica que se desplaza a 300.000 kms/s, en su totalidad, pero la longitud de onda no es la misma en todos los fotones luminosos, sino que vara entre los 4000 A y los 7000 A, aproximadamente, o lo que es lo mismo, entre los 400 nm y los 700 nm. La luz blanca se descompone, en definitiva, en un espectro de diferentes bandas coloreadas, cada una definida por una longitud de onda distinta. As, la luz de menor longitud de onda es la luz violeta, que es de alrededor de unos 4000 ngstroms, y la luz de mayor longitud de onda es la luz roja, que es de alrededor de unos 7000 mgstroms. Sin embargo, hay radiaciones de mayor y tambin de menor longitud de onda, es decir, que tienen una longitud de onda inferior a 4000 Angstroms y que tienen una longitud de onda superior a los 7000 Angstroms. Las radiaciones que van desde el violeta al rojo se dice que forman el espectro visible, pues procede de la descomposicin de la luz blanca. Las radiaciones de longitud de onda inferior al violeta se llaman radiacin ultravioleta, rayos X, y rayos gamma, por orden decreciente en la longitud de onda. Las radiaciones de longitud de onda superior al rojo son las denominadas infrarrojo, microondas y ondas de radio, por orden creciente en longitud de onda.

TIPO DE RADIACIONRayos Gamma Rayos X Ultravioleta ESPECTRO VISIBLE Infrarrojo

Intervalos de las longitudes de onda inferiores a 10-2 nanmetros entre 10-2 nanmetros y 15 nanmetros entre 15 nanmetros y 4.102 nanmetros entre 4.102 nanmetros y 7,8.102 nanmetros (4000 Angstroms y 7800 Angstroms) entre 7,8.102 nanmetros y

Regin de Microondas Ondas de Radio

106 nanmetros entre 106 nanmetros y 3.108 nanmetros mayores de 3.108 nanmetros

(1 metro = 102 cms = 103 mms = 109 nanmetros = 1010 angstroms)

. Los espectros de emisin: Todos los cuerpos emiten energa a ciertas temperaturas. El espectro de la radiacin energtica emitida es su espectro de emisin. Todos los cuerpos no tienen el mismo espectro de emisin. Esto es, hay cuerpos que emiten en el infrarrojo, por ejemplo, y otros cuerpos no. En realidad, cada uno de los elementos qumicos tiene su propio espectro de emisin. Y esto sirve para identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como son las estrellas. As, el sodio tiene su caracterstico espectro de emisin, lo mismo que el calcio, o que el hidrgeno, etc.. Algunos ejemplos de espectros de emisin:

Diremos que el hidrgeno emite, dentro del visible, en una cierta longitud de onda del naranja (6560 A), en otra del azul (4858 A), otra del ail (4337 A) y otra del violeta (4098 A).

2.2. Los espectros de absorcin: Y tambin los cuerpos absorben radiacin emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de radiacin que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se llaman rayas negras o simplemente rayas del espectro. Tambin ocurre con la absorcin, que unos cuerpos absorben la radiacin de unas determinadas longitudes de onda y no absorben la radiacin de otras longitudes de onda, por lo que cada cuerpo, cada

elemento qumico en realidad, tiene su propio espectro de absorcin, correspondindose con su espectro de emisin, cual si fuera el negativo con el positivo de una pelcula. Algunos ejemplos de espectros de absorcin:

El hidrgeno, pues, absorbe radiacin en las mismas bandas en las que la emite, es decir, absorbe en una cierta longitud de onda del naranja, en otra longitud de onda del azul, en otra del ail y en otra del violeta.

Espectro electromagnticoSe denomina espectro electromagntico a la distribucin energtica del conjunto de las ondas electromagnticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagntico o simplemente espectro a la radiacin electromagntica que emite (espectro de emisin) o absorbe (espectro de absorcin) una sustancia. Dicha radiacin sirve para identificar la sustancia de manera anloga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, adems de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiacin.

Diagrama del espectro electromagntico, mostrando el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisin de cuerpo negro.

El espectro electromagntico se extiende desde la radiacin de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el lmite para la longitud de onda ms pequea posible es la longitud de Planck mientras que el lmite mximo sera el tamao del Universo (vase Cosmologa fsica) aunque formalmente el espectro electromagntico es infinito y continuo.Contenido [ocultar]

1 Rango energtico del espectro 2 Bandas del espectro electromagntico

2.1 Radiofrecuen cia

2.2 Microondas 2.3 Infrarrojo 2.4 Espectro visible

2.5 Ultravioleta 2.6 Rayos X 2.7 Rayos gamma

3 Vase tambin 4 Referencias 5 Bibliografa

Rango energtico del espectroEl espectro electromagntico cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hzs y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.1 Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,91027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofsicas.2

La energa electromagntica en una particular longitud de onda (en el vaco) tiene una frecuencia f asociada y una energa de fotn E. Por tanto, el espectro electromagntico puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos trminos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:

, o lo que es lo mismo

, o lo que es lo mismo

Donde

(velocidad de la luz) y

es la constante de

Planck,

.

Por lo tanto, las ondas electromagnticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energa mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energa. Por lo general, las radiaciones electromagnticas se clasifican basndose en su longitud de onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible que percibimos como luz visible ultravioleta, rayos X y rayos gamma. El comportamiento de las radiaciones electromagnticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiacin electromagntica interacta con tomos y molculas puntuales, su comportamiento tambin depende de la cantidad de energa por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiacin electromagntica puede dividirse en octavas.3 La espectroscopa puede detectar una regin mucho ms amplia del espectro electromagntico que el rango visible de 400 a 700 nm. Un espectrmetro de laboratorio comn y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500 nm. [editar]Bandas

del espectro electromagntico

Para su estudio, el espectro electromagntico se divide en segmentos o bandas, aunque esta divisin es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.Banda Longitud de onda (m) Frecuencia (Hz) Energa (J)

Rayos gamma

< 10 pm

> 30,0 EHz

> 201015 J

Rayos X

< 10 nm

> 30,0 PHz

> 201018 J

Ultravioleta extremo

< 200 nm

> 1,5 PHz

> 9931021 J

Ultravioleta cercano

< 380 nm

> 789 THz

> 5231021 J

Luz Visible

< 780 nm

> 384 THz

> 2551021 J

Infrarrojo cercano

< 2,5 m

> 120 THz

> 791021 J

Infrarrojo medio

< 50 m

> 6,00 THz

> 41021 J

Infrarrojo lejano/submilimtrico < 1 mm

> 300 GHz

> 2001024 J

Microondas

< 30 cm

> 1 GHz

> 21024 J

Ultra Alta Frecuencia - Radio

300 MHz

> 19.81026 J

Muy Alta Frecuencia - Radio

< 10 m

> 30 MHz

> 19.81028 J

Onda Corta - Radio

< 180 m

> 1,7 MHz

> 11.221028 J

Onda Media - Radio

< 650 m

> 650 kHz

> 42.91029 J

Onda Larga - Radio

< 10 km

> 30 kHz

> 19.81030 J

Muy Baja Frecuencia - Radio

> 10 km

< 30 kHz

< 19.81030 J

RadiofrecuenciaArtculo principal:

Radiofrecuencia

En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en ingls. Los rangos son:Nombre Abreviatura inglesa Banda I TU Frecuencias Longitud de onda > 100.000 km 100.000 10.000 km 10.0001000 km

Inferior a 3 Hz Extra baja frecuencia Super baja frecuencia Ultra baja frecuencia Muy baja frecuencia Baja frecuencia Media frecuencia Alta frecuencia Muy alta frecuencia Ultra alta frecuencia Super alta frecuencia Extra alta frecuencia

ELF

1

3-30 Hz

SLF

2

30-300 Hz

ULF

3

3003000 Hz

1000100 km

VLF

4

330 kHz

10010 km

LF MF HF

5 6 7

30300 kHz 3003000 kHz 330 MHz

101 km 1 km 100 m 10010 m

VHF

8

30300 MHz

101 m

UHF

9

3003000 MHz

1 m 100 mm

SHF

10

3-30 GHz

100-10 mm

EHF

11

30-300 GHz

101 mm

Por encima de los 300 GHz

< 1 mm

Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte ms baja (grave) del intervalo de percepcin del odo humano. Cabe destacar aqu que el odo humano percibe ondas sonoras, no electromagnticas, sin embargo se establece la analoga para poder hacer una mejor comparacin.

Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el odo humano tpico. Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana. Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aqu las frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado tpicamente en comunicaciones gubernamentales y militares. Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango estn la navegacin aeronutica y marina. Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, estn en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las ondas ms importantes en este rango son las de radiodifusin de AM (530 a 1605 kHz). Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce tambin como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusin, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil tambin ocurren en esta parte del espectro.

Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular usado para muchos servicios, como la radio mvil, comunicaciones marinas y aeronuticas, transmisin de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisin del 2 al 12 [segn norma CCIR (Estndar B+G Europa)]. Tambin hay varias bandas de radioaficionados en este rango. Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de televisin de UHF, es decir, del 21 al 69 [segn norma CCIR (Estndar B+G Europa)] y se usan tambin en servicios mviles de comunicacin en tierra, en servicios de telefona celular y en comunicaciones militares. Frecuencias super altas: SHF, Super High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas para comunicaciones va satlite y radioenlaces terrestres. Adems, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisin de datos a muy corto alcance mediante UWB. Tambin son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB. Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de 30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas seales son ms complejos y costosos, por lo que no estn muy difundidos an.

Existen otras formas de clasificar las ondas de radiofrecuencia. [editar]MicroondasArtculo principal:

Microondas

Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como mltiples dispositivos de transmisin de datos, radares y hornos microondas.

Bandas de frecuencia de microondas

Banda

P

L

S

C

X

Ku

K

Ka

Q

U

V

E

W

F

D

Inicio (GHZ)

0,2

1

2

4

8

12

18

26,5

30

40

50

60

75

90

11 0

Final (GHZ)

1

2

4

8

12

18

26,5

40

50

60

75

90

11 0

14 0

17 0

[editar]InfrarrojoArtculo principal:

Radiacin infrarroja

Las ondas infrarrojas estn en el rango de 0,7 a 100 micrmetros. La radiacin infrarroja se asocia generalmente con el calor. Ellas son producidas por cuerpos que generan calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodosemisores de luz y algunos lseres. Las seales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronoma para detectar estrellas y otros cuerpos y para guas en armas, en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos mviles en la oscuridad. Tambin se usan en

los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas enva una seal codificada al receptor del televisor. En ltimas fechas se ha estado implementando conexiones de rea local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estndares de comunicacin estas conexiones han perdido su versatilidad. [editar]EspectroArtculo principal:

visible

Espectro visible

Espectro electromagntico.

Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas se encuentra lo que comnmente es llamado luz, un tipo especial de radiacin electromagntica que tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrmetros. Este es el rango en el que el sol y las estrellas similares a las que emiten la mayor parte de su radiacin. Probablemente, no es una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que emite el sol con ms fuerza. La luz visible (y la luz del infrarrojo cercano) es normalmente absorbida y emitida por los electrones en las molculas y los tomos que se mueven de un nivel de energa a otro.La unidad usual para expresar las longitudes de onda es el Angstrom. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequea del espectro electromagntico,la radiacin electromagntica con una longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (790-400 terahercios) es detectada por el ojo humano y se percibe como luz visible. Otras longitudes de onda, especialmente en el infrarrojo cercano (ms de 760 nm) y ultravioleta (menor de 380 nm) tambin se refiere a veces como la luz, especialmente cuando la visibilidad a los seres humanos no es relevante.Si la radiacin tiene una frecuencia en la regin visible del espectro electromagntico se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazn de fruta, y luego golpea los ojos, esto da lugar a la percepcin visual de la escena. Nuestro sistema visual del cerebro procesa la multitud de frecuencias se refleja en diferentes tonos y matices, ya travs de este no del todo entendido fenmeno psico-fsico, la mayora de la gente percibe un tazn de fruta; Un arco iris muestra la ptica (visible) la parte del espectro electromagntico. La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse y transmitirse a travs de fibras pticas, lo cual representa una ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar ms informacin. Por otro lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de lser. En la mayora de las longitudes de onda, sin embargo, la informacin transportada por la radiacin electromagntica no es detectado directamente por los sentidos humanos. Las fuentes naturales producen radiacin electromagntica en el espectro, y nuestra tecnologa tambin se puede manipular una amplia gama de longitudes de onda. La fibra ptica transmite luz que, aunque no es adecuado para la visin directa, puede llevar los datos que se puede traducir en sonido o una imagen. La codificacin utilizada en estos datos es similar a la utilizada con las ondas de radio. [editar]UltravioletaArtculo principal:

Radiacin ultravioleta

La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nm. El Sol es una importante fuente emisora de rayos en esta frecuencia, los cuales causan cncer de piel a exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son principalmente en el campo de la medicina. [editar]RayosArtculo principal:

X

Rayos X

La denominacin rayos X designa a una radiacin electromagntica, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las pelculas fotogrficas. La longitud de onda est entre 10 a 0,1 nanmetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible). [editar]Rayos

gamma

La radiacin gamma es un tipo de radiacin electromagntica producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatmicos como la aniquilacin de un par positrn-electrn. Este tipo de radiacin de tal magnitud tambin es producida en fenmenos astrofsicos de gran violencia. Debido a las altas energas que poseen, los rayos

Espectrofotometra

Espectrofotometro.

La espectrofotometra es el mtodo de anlisis ptico ms usado en las investigaciones qumicas y biolgicas. El espectrofotmetro es un instrumento que permite comparar laradiacin absorbida o transmitida por una solucin que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.Contenido [ocultar]

1 Principio de la Espectrofotometra

1.1 Ley de Beer 1.2 Ley de Lambert 1.3 Ley de Bouguer-BeerLambert

1.4 Transmitancia y absorcin de las radiaciones

2 Aplicaciones 3 Vase tambin 4 Referencias

[editar]Principio

de la Espectrofotometra

Todas las sustancias pueden absorber energa radiante, aun el vidrio que parece ser completamente transparente absorbe radiacin de longitudes de ondas que no pertenecen al espectro visible; el agua absorbe fuertemente en la regin del infrarrojo. La absorcin de las radiaciones ultravioletas, visibles e infrarrojas depende de la estructura de las molculas, y es caracterstica para cada sustancia qumica. Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energa es absorbida; la energa radiante no puede producir ningn efecto sin ser absorbida. El color de las sustancias se debe a que stas absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas y solo dejan pasar a nuestros ojos aquellas longitudes de onda no absorbidas. La espectrofotometra ultravioleta-visible usa haces de radiacin del espectro electromagntico, en el rango UV de 80 a 400 nm, principalmente de 200 a 400 nm y en el de la luz visible de 400 a 800 nm , por lo que es de gran utilidad para caracterizar los materiales en la regin ultravioleta y visible del espectro. Al campo de luz uv de 200 a 400 nm se le conoce tambin como rango de uv cercano , la espectrofotometra visible solamente usa el rango del campo electromagntico de la luz visible , de 400 a 800 nm. Adems, no est de ms mencionar el hecho de que la absorcin y trasmitancia de luz depende tanto de la cantidad de la concentracin como de la distancia recorrida.[editar]Ley

de Beer

La Ley de Beer declara que la cantidad de luz absorbida por un cuerpo depende de la concentracin en la solucin. Por ejemplo, en un vaso de vidrio tenemos agua con azcar diluida y en otro vaso tenemos la misma cantidad de agua pero con ms azcar diluida. El detector es una celda fotoelctrica, y la solucin de azcar es la que se mide en su concentracin. Segn la ley de Beer, si hiciramos que un rayo de luz atravesara el primer vaso, la cantidad de luz que saldra del otro lado seria mayor que si repitiramos esto en el segundo; ya que en el segundo, las ondas electromagnticas chocan contra un mayor nmero de tomos o/y molculas y son absorbidos por estos.

[editar]Ley

de Lambert

En la Ley de Lambert se dice que la cantidad de luz absorbida por un objeto depende de la distancia recorrida por la luz. Por ejemplo, retomando el ejemplo de los vasos, pero ahora, pensemos que ambos tiene la misma cantidad de agua y la misma concentracin de azcar, pero, el segundo tiene un dimetro mayor que el otro.

Segn la ley de Lambert, si hiciramos que un rayo de luz atravesara el primer vaso, la cantidad de luz que saldra del otro lado seria mayor que si repitiramos esto en el segundo; ya que en el segundo, las ondas electromagnticas chocan contra un mayor nmero de tomos o/y molculas y son absorbidos por estos; de la misma forma que se explic en la ley de Beer.[editar]Ley

de Bouguer-Beer-Lambert

Una ley muy importante es la ley de Bouguer-Beer-Lambert (tambin conocida como ley Lambert Bouguer y Beer) la cual es solo una combinacin de las citadas anteriormente.[editar]Transmitancia

y absorcin de las radiaciones

Al hacer pasar una cantidad de fotones o de radiaciones, por las leyes mencionadas anteriormente, hay una prdida que se expresa con la ecuacin: It/Io=T-kdc'' Donde It , es la intensidad de luz que sale de la cubeta y que va a llegar a la celda fotoelctrica (llamada radiacin o intensidad transmitida); y Io que es la que intensidad con la que sale al atravesar la celda (radiacin intensidad incidente) y la relacin entre ambas (T) es la transmitancia. En el exponente, el signo negativo se debe a que la energa radiente decrece a medida que el recorrido aumenta. Donde k es la capacidad de la muestra para la captacin del haz del campo electromagntico, d es la longitud de la cubeta de espectrofotometra que recorre la radiacin, y c es la concentracin del soluto en la muestra ya ubicada en la cubeta. La ecuacin simplificada de la ley de Beer-Lambert A = .d.c Comprende a la mnima ecuacin que relaciona la concentracin (c), la absorbancia de la muestra (A), el espesor recorrido por la radiacin (d) y el factor de calibracin (). El factor de calibracin relaciona la concentracin y la absorbancia de los estndares. La absorcin (o absorbancia) es igual a A, la es el logaritmo del reciproco de la transmitancia:1

A= log 1/T lo que es igual a: A= -log T Las ecuaciones mencionados de las leyes son validas solo y solo s:1 La radiacin incidente es monocromtica. Las especies actan independientemente unas de otras durante la absorcin. La absorcin ocurre en un volumen de seccin trasversal uniforme

[editar]Aplicaciones

Las aplicaciones principales son: Determinar la cantidad de concentracin en una solucin de algn compuesto utilizando las frmulas ya mencionadas. Para la determinacin de estructuras moleculares. La identificacin de unidades estructurales especificas ya que estas tienen distintos tipos de absorbancia (grupos funcionales o isomeras).

Espectrofotmetro

Un espectrofotmetro es un instrumento usado en la fsica ptica que sirve para medir, en funcin de la longitud de onda, la relacin entre valores de una misma magnitud fotomtrica relativos a dos haces de radiaciones. Tambin es utilizado en los laboratorios de qumica para la cuantificacin desustancias y microorganismos. Hay varios tipos de espectrofotmetros, puede ser de absorcin atmica o espectrofotmetro de masa.

Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromtica a travs de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le permite al operador realizar dos funciones: 1. Dar informacin sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra 2. Indicar indirectamente qu cantidad de la sustancia que nos interesa est presente en la muestraContenido [ocultar]

1 Componentes de un espectrofotmetro

1.1 Fuente de luz 1.2 Monocromado r

1.3 Compartimien to de Muestra

1.4 Detector 1.5 Registrador 1.6 Fotodetectore s

2 Vase tambin

[editar]Componentes

de un espectrofotmetro

Cubetas de espectofotometra. En un primer plano, dos de cuarzo aptas para el trabajo con luz ultravioleta; en segundo plano, de plstico, para colorimetra (es decir, empleando luz visible).

[editar]Fuente

de luz

La fuente de luz que ilumina la muestra debe cumplir con las siguientes condiciones: estabilidad, direccionabilidad, distribucin de energa espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son: lmpara de wolframio (tambin llamado tungsteno), lmpara de arco de xenn y lmpara dedeuterio que es utilizada en los laboratorios atmicos.[editar]MonocromadorArtculo principal:

monocromador

El monocromador asla las radiaciones de longitud de ondadeseada que inciden o se reflejan desde el conjunto, se usa para obtener luz monocromtica. Est constituido por las rendijas de entrada y salida,colimadores y el elemento de dispersin. El colimador se ubica entre la rendija de entrada y salida. Es un lente que lleva el haz de luz que entra con una determinada longitud de ondahacia un prisma el cual separa todas las longitudes de onda de ese haz y la longitud deseada se dirige hacia otra lente que direcciona ese haz hacia la rendija de salida.[editar]Compartimiento

de Muestra

Es donde tiene lugar la interaccin, R.E.M con la materia (debe producirse donde no haya absorcin ni dispersin de las longitudes de onda). Es importante destacar, que durante este proceso, se aplica la ley

de Lambert-Beer en su mxima expresin, en base a sus leyes de absorcin, en lo que concierne al paso de la molcula de fundamental-excitado.[editar]Detector

El detector, es quien detecta una radiacin y a su vez lo deja en evidencia, para posterior estudio. Hay de dos tipos: a) los que responden a fotones; b) los que responden al calor[editar]Registrador

Convierte el fenmeno fsico, en nmeros proporcionales al analito en cuestin.[editar]Fotodetectores

En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 fotodetectores para percibir la seal en forma simultnea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes mviles del equipo.

Onda(Redirigido desde Ondas)

Ondas propagadas en agua.

Onda estacionaria formada por la interferencia entre una onda (azul) que avanza hacia la derecha y una onda (roja) que avanza hacia la izquierda.

En fsica, una onda es una propagacin de una perturbacin de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presin, campo elctrico o campo magntico, que se propaga a travs del espaciotransportando energa. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo demetal o el vaco. La propiedad del medio en la que se observa la particularidad se expresa como una funcin tanto de la posicin como del tiempo la ecuacin de ondas: . Matemticamente se dice que dicha funcin es una onda si verifica

donde v es la velocidad de propagacin de la onda. Por ejemplo, ciertas perturbaciones de la presin de un medio, llamadas sonido, verifican la ecuacin anterior, aunque algunas ecuaciones no lineales tambin tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un solitn.Contenido [ocultar]

1 Definiciones 2 Elementos de una Onda 3 Caractersticas

3.1 Polarizacin 3.2 Ejemplos

4 Descripcin matemtica

4.1 Ecuacin de onda 4.2 Onda Simple 4.3 Onda estacionaria 4.4 Propagacin en cuerdas

5 Clasificacin de las ondas

5.1 En funcin del medio en el que se propagan

5.2 En funcin de su propagacin o frente de onda

5.3 En funcin de la direccin de la perturbacin

5.4 En funcin de su periodicidad

5.5 Reflexin 5.6 Refraccin

6 Vase tambin 7 Referencias 8 Enlaces externos

[editar]Definiciones

Una vibracin puede finir las caractersticas necesarias y suficientes que caracterizan un fenmeno como onda es, como mnimo, algo flexible. El trmino suele ser entendido intuitivamente como el transporte de perturbaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a travs de l. En una onda, la energa de unavibracin se va alejando de la fuente en forma de una perturbacin que se propaga en el medio circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta nocin es problemtica en casos como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas condiciones) donde la transferencia de energa se propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas electromagnticas/luminosas en elvaco, donde el concepto de medio no puede ser aplicado. Por tales razones, la teora de ondas se conforma como una caracterstica rama de la fsica que se ocupa de las propiedades de los fenmenos ondulatorios independientemente de cual sea su origen fsico (Ostrovsky y Potapov, 1999). Una peculiaridad de estos fenmenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus caractersticas no depende del tipo de onda en cuestin, los distintos orgenes fsicos que provocan su aparicin les confieren propiedades muy particulares que las distinguen de unos fenmenos a otros. Por ejemplo, la acstica se diferencia de la ptica en que las ondas sonoras estn relacionadas con aspectos ms mecnicos que las ondas electromagnticas (que son las que gobiernan los fenmenos pticos). Conceptos tales como masa, cantidad de movimiento, inercia o elasticidad son conceptos importantes para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia de en las pticas, donde estas no tienen una especial relevancia. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en

que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire: vrtices, ondas de choque. En el caso de los slidos:dispersin. En el caso del electromagnetismo presin de radiacin.)

[editar]Elementos

de una Onda

Cresta: La cresta es el punto ms alto de dicha amplitud o punto mximo de saturacin de la onda.

Perodo: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de mxima amplitud al siguiente.

Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Ntese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

Frecuencia: Nmero de veces que es repetida dicha vibracin. En otras palabras, es una simple repeticin de valores por un perodo determinado.

Valle: Es el punto ms bajo de una onda. Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas de dicho tamao.

[editar]Caractersticas

A = En aguas profundas. B = En aguas superficiales. El movimiento elptico de una partcula superficial se vuelve suave con la baja intensidad. 1 = Progresin de la onda

2 = Monte 3 = Valle

Las ondas peridicas estn caracterizadas porcrestas o montes y valles], y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnticas. Ondas longitudinales son aquellas con vibraciones paralelas en la direccin de la propagacin de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras. Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas transversales sinusoidales. Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinacin de ondas transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen caminos orbitales. Todas las ondas tienen un comportamiento comn bajo un nmero de situaciones estndar. Todas las ondas pueden experimentar las siguientes:

Difraccin - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstculo deja de ir en lnea recta para rodearlo.

Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

Reflexin - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de direccin.

Refraccin - Ocurre cuando una onda cambia de direccin al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

Ejemplos de ondas:

Olas, que son perturbaciones que se propagan por el agua. Ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos X, y rayos gamma conforman la radiacin electromagntica. En este caso, la propagacin es posible sin un medio, a travs del vaco. Las ondas electromagnticas viajan a 299.792.458 m/s en el vaco. Sonoras una onda mecnica que se propaga por el aire, los lquidos o los slidos. Ondas de trfico (esto es, la propagacin de diferentes densidades de vehculos, etc.) estas pueden modelarse como ondas cinemticas como hizo Sir M. J. Lighthill Ondas ssmicas en terremotos.

Ondas gravitacionales, que son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo predichas por larelatividad general. Estas ondas an no han sido observadas empricamente.

[editar]Descripcin

matemtica

Onda con amplitud constante.

Ilustracin de una onda (en azul) y su envolvente (en rojo).

Desde un punto de vista matemtico, la onda ms sencilla o fundamental es elarmnico (sinusoidal) la cual es descrita por la ecuacin f(x,t) = Asin(t kx)), donde A es laamplitud de una onda - una medida de mximo vaco en el medio durante un ciclo de onda (la distancia mxima desde el punto ms alto del monte al equilibrio). En la ilustracin de la derecha, esta es la distancia mxima vertical entre la base y la onda. Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda las ondas en una cuerda tienen una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presin (pascales) y ondas electromagnticas como la amplitud del campo elctrico(voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posicin. La forma de la variacin de amplitud es llamada la envolvente de la onda. La longitud de onda (simbolizada por ) es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros, aunque en ptica es ms comn usar los nanmetros o losAngstroms (). Un nmero de onda angular k puede ser asociado con la longitud de onda por la relacin:

Las ondas pueden ser representadas por un movimiento armnico simple.

El periodo T es el tiempo requerido para que el movimiento de oscilacin de la onda describa un ciclo completo. Lafrecuencia f es el nmero de ciclos completos transcurridos en la unidad de tiempo (por ejemplo, un segundo). Es medida en hercios. Matemticamente se define sin ambigedad como:

En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recprocas entre s. La frecuencia angular representa la frecuencia en radianes por segundo. Est relacionada con la frecuencia por

Hay dos velocidades diferentes asociadas a las ondas. La primera es la velocidad de fase, la cual indica la tasa con la que la onda se propaga, y esta dada por:

La segunda es la velocidad de grupo, la cual da la velocidad con la que las variaciones en la forma de la amplitud de la onda se propagan por el espacio. Esta es la tasa a la cual la informacin puede ser transmitida por la onda. Est dada por:

[editar]Ecuacin

de onda

Artculo principal: Ecuacin de onda

La ecuacin de onda es un tipo de ecuacin diferencial que describe la evolucin de una onda armnica simple a lo largo del tiempo. Esta ecuacin presenta ligeras variantes dependiendo de como se transmite la onda, y del medio a travs del cual se propaga. Si consideramos una onda unidimensional que se transmite a lo largo de una cuerda en el eje x, a una velocidad v y con una amplitud u (que generalmente depende tanto de x y de t), la ecuacin de onda es:

Trasladado a tres dimensiones, sera

donde

es el operador laplaciano.

La velocidad v depende del tipo de onda y del medio a travs del cual viaja. Jean Le Rond d'Alembert obtuvo una solucin general para la ecuacin de onda en una dimensin:

Esta solucin puede interpretarse como dos impulsos viajando a lo largo del eje x en direcciones opuestas: F en el sentido +x y G en el -x. Si generalizamos la variable x, reemplazndola por tres variables x, y, z, entonces podemos describir la propagacin de una onda en tres dimensiones. La ecuacin de Schrdinger describe el comportamiento ondulatorio de las partculas elementales. Las soluciones de esta ecuacin son funciones de ondas que pueden emplearse para hallar la densidad de probabilidad de una partcula. [editar]Onda

Simple

es una perturbacin que vara tanto con el tiempo t como con la distancia z de la siguiente manera:

donde A(z,t) es la amplitud de la onda, k es el nmero de onda y es la fase. La velocidad de fase vf de esta onda est dada por

donde es la longitud de onda. [editar]Onda

estacionariaArtculo principal: Onda estacionaria

Onda estacionaria en un medio esttico. Los puntos rojos representan los nodos de la onda.

Una onda estacionaria es aquella que permanece fija, sin propagarse a travs del medio. Este fenmeno puede darse, bien cuando el medio se mueve en sentido opuesto al de propagacin de la onda, o bien puede aparecer en un medio esttico como resultado de lainterferencia entre dos ondas que viajan en sentidos opuestos. La suma de dos ondas que se propagan en sentidos opuestos, con idntica amplitud y frecuencia, dan lugar a una onda estacionaria. Las ondas estacionarias normalmente aparecen cuando una frontera bloquea la propagacin de una onda viajera (como los extremos de una cuerda, o el bordillo de una piscina, ms all de los cuales la onda no puede propagarse). Esto provoca que la onda sea reflejada en sentido opuesto e interfiera con la onda inicial, dando lugar a una onda estacionaria. Por ejemplo, cuando se rasga la cuerda de un violn, se generan ondas transversales que se propagan en direcciones opuestas por toda la cuerda hasta llegar a los extremos. Una vez aqu son reflejadas de vuelta hasta que interfieren la una con la otra dando lugar a una onda estacionaria, que es lo que produce su sonido caracterstico. Las ondas estacionarias se caracterizan por presentar regiones donde la amplitud es nula (nodos), y regiones donde es mxima (vientres). La distancia entre dos nodos o vientres consecutivos es justamente / 2, donde es la longitud de onda de la onda estacionaria. Al contrario que en las ondas viajeras, en las ondas estacionarias no se produce propagacin neta de energa.

Ver tambin: Resonancia acstica, resonador de Helmholtz, y tubo de rgano [editar]Propagacin

en cuerdas

La velocidad de una onda viajando a travs de una cuerda en vibracin (v) es directamente proporcional a la raz cuadrada de la tensin de la cuerda (T) por su densidad lineal ():

[editar]Clasificacin Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos: [editar]En

de las ondas

funcin del medio en el que se propagan

Tipos de ondas y algunos ejemplos.

Ondas mecnicas: las ondas mecnicas necesitan un medio elstico (slido, lquido o gaseoso) para propagarse. Las partculas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a travs del medio. Como en el caso de una alfombra o un ltigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a travs de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas caractersticas del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecnicas tenemos lasondas elsticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad. Ondas electromagnticas: las ondas electromagnticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vaco. Esto es debido a que las ondas electromagnticas son producidas por las oscilaciones de un campo elctrico, en relacin con un campo magntico asociado. Las ondas electromagnticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagntico, objeto que mide la frecuencia de las ondas.

Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometra misma del espacio-tiempo y aunque es comn representarlas viajando en el vaco, tcnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningn espacio, sino que en s mismas son alteraciones del espacio-tiempo. [editar]En

funcin de su propagacin o frente de onda

Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola direccin del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una direccin nica, sus frentes de onda son planos y paralelos. Ondas bidimensionales o superficiales: soondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan tambin ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie lquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella. Ondas tridimensionales o esfricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen tambin como ondas esfricas, porque sus frentes de ondas son esferas concntricas que salen de la fuente de perturbacin expandindose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecnicas) y las ondas electromagnticas. [editar]En

funcin de la direccin de la perturbacinOndas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partculas del medio se mueven ( vibran) paralelamente a la direccin de propagacin de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal. Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partculas del medio vibran perpendicularmente a la direccin de propagacin de la onda.

En funcin de su periodicidadOndas peridicas: la perturbacin local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal. Ondas no peridicas: la perturbacin que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen caractersticas diferentes. Las ondas aisladas tambin se denominan pulsos. [editar]ReflexinArtculo principal: reflexin (fsica)

Se produce cuando una onda encuentra en su recorrido una superficie contra la cual rebota, despus de la reflexin la onda sigue propagndose en el mismo medio y los parmetros permanecen inalterados. El eco es un ejemplo de Reflexin.

Reflexin de la luz y sus leyesEs el cambio de direccin, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexin son las siguientes: 1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano. 2a. ley: El ngulo de incidencia es igual al ngulo de reflexin.

i = r

[editar]RefraccinArtculo principal: Refraccin

Es el cambio de direccin que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Slo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separacin de los dos medios y si stos tienen ndices de refraccin distintos. La refraccin se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El ndice de refraccin es precisamente la relacin entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vaco para las ondas electromagnticas) y su velocidad en el medio de que se trate. La refraccin es el cambio de direccin que experimenta unaonda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separacin de los dos medios y si estos tienen ndices de refraccin distintos. La refraccin se origina en el cambio de velocidad de propagacin de la onda. Un ejemplo de este fenmeno se ve cuando se sumerge un lpiz en un vaso con agua: el lpiz parece quebrado. Tambin se produce refraccin cuando laluz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el ndice de refraccin. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refraccin, denominado reflexin total. Aunque el fenmeno de la refraccin se observa frecuentemente en ondas electromagnticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda. Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ngulo de refraccin con el que entra es igual al ngulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial. [editar]Explicacin

fsica

Lpiz quebrado debido a la refraccin.

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagacin a otro con una densidad ptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de direccin si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviacin en la direccin de propagacin se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, as como la refraccin en medios no homogneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido ptico de menor tiempo. Por otro lado, la velocidad de la penetracin de la luz en un medio distinto del vaco est en relacin con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviacin. Este fenmeno es conocido como dispersin de la luz. Por

ejemplo, al llegar a un medio ms denso, las ondas ms cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces ms dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el ndice de refraccin es mayor y se dispersa ms. En la refraccin se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el movimiento ondulatorio: El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo plano. Los ngulos de incidencia y reflexin son iguales, entendiendo por tales los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separacin trazada en el punto de incidencia.

La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es ms lenta cuanto ms denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz pasa de un medio menos denso (aire) a otro ms denso (cristal), el rayo de luz es refractado acercndose a la normal y por tanto, el ngulo de refraccin ser ms pequeo que el ngulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz pasa de un medio ms denso a uno menos denso, ser refractado alejndose de la normal y, por tanto, el ngulo de incidencia ser menor que el de refraccin. [editar]ndice

de refraccin

Artculo principal: ndice de refraccin

Es la relacin entre la velocidad de propagacin de la onda en un medio de referencia (por ejemplo el vaco para las ondas electromagnticas) y su velocidad en el medio del que se trate.

ngulo crtico: cualquier rayo que incida con un ngulo 1 mayor al ngulo crtico ccorrespondiente a ese par de sustancias, se reflejar en la interfase en lugar de refractarse.

[editar]Refraccin

de ondas de radio

El fenmeno de la refraccin es un fenmeno que se observa en todo tipo de ondas. En el caso de las ondas de radio, la refraccin es especialmente importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de refracciones que permiten a las ondas de radio viajar de un punto del planeta a otro.

ia. Muchas culturas antiguas adoraron al Sol y muchas ms reconocieron su importancia en el ciclo de la vida. Aparte de su relevancia posicional para sealar, por ejemplo, solsticios, equinoccios y eclipses, el estudio cuantitativo del Sol data del descubrimiento de las manchas solares; el estudio de sus propiedades fsicas no comenz hasta mucho ms tarde. Los astrnomos chinos observaron manchas solares a simple vista ya en el ao 200a.C. Pero en 1611, Galileo utiliz el telescopio, recin inventado, para observarlas de modo sistemtico. El descubrimiento de

Galileo signific el comienzo de una nueva aproximacin al estudio del Sol, que pas a ser considerado un cuerpo dinmico, en evolucin, y sus propiedades y variaciones pudieron ser, por tanto, comprendidas cientficamente. El siguiente avance importante en el estudio del Sol se produjo en 1814 como resultado directo del invento del espectroscopio por el fsico alemn Joseph von Fraunhofer.

Un espectroscopio divide la luz en las longitudes de onda que la componen, o colores. Aunque el espectro del Sol haba sido observado ya en 1666 por el matemtico y cientfico ingls Isaac Newton, la precisin del trabajo de Fraunhofer sent las bases para los primeros intentos de una explicacin terica detallada de la atmsfera solar. Parte de la radiacin de la superficie visible del Sol (la fotosfera) es absorbida por el gas, algo ms fro, que hay sobre ella. Sin embargo, slo se absorben longitudes de onda de radiacin particulares, que dependen de las especies atmicas presentes en la atmsfera solar. En 1859, el fsico alemn Gustav Kirchhoff demostr que la falta de radiacin en ciertas longitudes de onda del espectro solar de Fraunhofer se deba a la absorcin de radiacin por tomos de algunos de los mismos elementos presentes en la Tierra. Con esto, no slo demostr que el Sol est compuesto de materia comn, sino que tambin plante la posibilidad de obtener informacin detallada sobre los objetos celestes mediante el estudio de la luz emitida por ellos. ste fue el comienzo de la astrofsica. El progreso en el conocimiento del Sol ha continuado gracias a la habilidad de los cientficos para hacer observaciones nuevas o mejorar las anteriores. Entre los avances en instrumentos de observacin que han influido de forma significativa en la fsica solar estn el espectroheligrafo, que mide el espectro de los rasgos solares individuales; el corongrafo, que permite el estudio de la corona solar sin eclipses, y el magnetgrafo, inventado por el astrnomo estadounidense Horace W. Babcock en 1948, que mide la fuerza del campo magntico de la superficie solar. El desarrollo de cohetes y satlites ha permitido a los cientficos observar la radiacin en longitudes de

onda no transmitidas a travs de la atmsfera de la Tierra. Entre los instrumentos desarrollados para su uso en el espacio se encuentran los corongrafos, los telescopios y los espectrgrafos sensibles a una radiacin ultravioleta extrema y a los rayosX. Los instrumentos especiales han revolucionado el estudio de la atmsfera exterior al Sol. Composicin y Estructura. La cantidad total de energa emitida por el Sol en forma de radiacin es bastante constante, y no vara ms que unas pocas dcimas de un 1% en varios das. Esta energa se genera en las profundidades del Sol. Al igual que la mayora de las estrellas, el Sol se compone sobre todo de hidrgeno (71%); tambin contiene helio (27%) y otros elementos ms pesados (2%). Cerca del centro del Sol, la temperatura es de casi 16.000.000K y la densidad es 150 veces la del agua. Bajo estas condiciones, los ncleos de los tomos de hidrgeno individuales actan entre s, experimentando la fusin nuclear. El resultado neto de estos procesos es que cuatro ncleos de hidrgeno se combinan para formar un ncleo de helio, y la energa surge en forma de radiaciones gamma. Una enorme cantidad de ncleos reacciona cada segundo, generando una energa equivalente a la que se producira por la explosin de 100.000 millones de bombas de hidrgeno de un megatn por segundo. La 'combustin' nuclear del hidrgeno en el centro del Sol se extiende a un 25% del radio solar. La energa producida de esta forma es transportada a la mayor parte de la superficie solar por radiacin. Sin embargo, ms cerca de la superficie, en la zona de conveccin que ocupa el ltimo tercio del radio solar, la energa es transportada por la mezcla turbulenta de gases. La fotosfera es la superficie superior de la zona de conveccin. Se pueden ver pruebas de la turbulencia en la zona de conveccin observando la fotosfera y la atmsfera

Radiacin ultravioleta

Lmpara fluorescente de luz ultravioleta. La radiacin ultravioleta no es visible; sin embargo, muchas de las lmparas ultravioletas emiten marginalmente parte de su luz en la zona adyacente del espectro visible, con lo que se observan de un colorvioleta.

Se denomina radiacin ultravioleta o radiacin UV a la radiacin electromagnticacuya longitud de onda est comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10-7m) y los 15 nm (1,5x10-8 m). Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda ms cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta. Esta radiacin puede ser producida por los rayos solares y produce varios efectos en la salud.Contenido[ocultar]

1 Descubrimiento

2 Subtipos

3 Usos

3.1 Lmpara s fluorescentes

3.2 Luz ultravioleta

3.3 Control de plagas

3.4 Espectrof otometra

4 Efectos en la salud

4.1 ndice UV

5 Visin ultravioleta

6 Vase tambin

7 Referencias

8 Enlaces externos

[editar]Descubrimiento El descubrimiento de la radiacin ultravioleta est asociado a la experimentacin del oscurecimiento de las sales de plata al ser expuestas a la luz solar. En 1801 el fsico alemn Johann Wilhelm Ritter descubri que los rayos invisibles situados justo detrs del extremo violeta del espectro visible eran especialmente efectivos oscureciendo el papel impregnado con cloruro de plata. Denomin a estos rayos "rayos desoxidantes" para enfatizar su reactividadqumica y para distinguirlos de los "rayos calricos" (descubiertos por William Herschel) que se encontraban al otro lado del espectro visible. Poco despus se adopt el trmino "rayos qumicos". Estos dos trminos, "rayos calricos" y "rayos qumicos" permanecieron siendo bastante populares a lo largo del siglo XIX. Finalmente estos trminos fueron dando paso a los ms modernos de radiacin infrarroja y ultravioleta respectivamente.1 [editar]Subtipos Segn su longitud de onda, se distinguen varios subtipos de rayos ultravioleta:

Nombre

Abreviacin

Longitud de onda(nm)

Energa porfotn(eV)

Ultravioleta cercano

NUV

400 200

3,10 6,30

Onda larga

UVA

400 320

3,10 3,87

Onda media

UVB

320 280

3,87 4,43

Onda corta

UVC

283 200

4,43 6,20

Ultravioleta lejano

FUV, VUV

200 10

6,20 - 124

Ultravioleta extremo

EUV, XUV

91,2 1

13,6 1240

[editar]Usos La luz ultravioleta tiene div La luz ultravioleta tiene diversas aplicaciones.

Una de las aplicaciones de los rayos ultravioleta es como forma de esterilizacin, junto con los rayos infrarrojos (pueden eliminar toda clase de bacterias y virus sin dejar residuos, a diferencia de los productos qumicos). Est en estudio la esterilizacin UV de la leche como alternativa a la pasteurizacin. [editar]Lmparas

fluorescentes

Artculo principal: Luminaria fluorescente

Producen radiacin UV a travs de la ionizacin de gas de mercurio a baja presin. Un recubrimiento fosforescente en el interior de los tubos absorbe la radiacin UV y la convierte en luz visible. Parte de las longitudes de onda emitidas por el gas de mercurio estn en el rango UVC. La exposicin sin proteccin de la piel y ojosa lmparas de mercurio que no tienen unfsforo de conversin es sumamente peligrosa. La luz obtenida de una lmpara de mercurio se encuentra principalmente en longitudes de onda discretas. Otras fuentes de radiacin UV prcticas de espectro ms continuo incluyen las lmparas de xenn, laslmparas de deuterio, las lmparas de mercurio-xenn, las lmparas de haluro metlico y la lmpara halgena. [editar]Luz

ultravioleta

La luz ultravioleta tambin es conocida coloquialmente como luz negra. Para generar este tipo de luz se usan unas lmparas fluorescentes especiales. En estas lmparas se usa slo un tipo de fsforo en lugar de los varios usados en las lmparas fluorescentes normales. Tambin se reemplaza el vidrio claro por uno de color azul-violeta, llamadocristal de Wood.

Arte con materiales fluorescentes, iluminado con luz ultravioleta. (artista: Beo Beyond)

El vidrio de Wood contiene xido de nquel, y bloquea casi toda la luz visible que supere los 400 nanmetros. El fsforo normalmente usado para un espectro de emisin de 368nm a 371nm puede ser tanto una mezcla de europio y fluoroborato de estroncio(SrB4O7F:Eu2+), o una mezcla de europio y borato de estroncio (SrB4O7:Eu2+), mientras que el fsforo usado para el rango de 350nm a 353nm es plomo asociado con silicato debario (BaSi2O5:Pb+). La radiacin ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, se hace visible debido al fenmeno denominado fluorescencia. Este mtodo es usado comnmente para autenticar antigedades y billetes, pues es un mtodo de examen no invasivo y no destructivo. En estructuras metlicas, se suele aplicar lquidos flu