Sin ttulo de diapositiva

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La luz. Ondas electromagnéticas


(Una introducción)
Jaume Massons
FiCMA Universitat Rovira i
Virgili
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ÍNDICE
Naturaleza de la luz. Visión histórica. Visión
actual. Ondas electromagnéticas. El espectro
electromagnético. Velocidad de la luz. Índice de
refracción. Polarización de luz. Reflexión y
refracción de la luz. Interferencia y difracción.

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QUÉ ES LA LUZ?
LEUCIPO (450 a.C.) sostenía que la visión se
producía porque los cuerpos emiten
imágenes EUCLIDES (300 a.C.) introduce el
concepto de rayo (que emite el ojo) y postula la
base geométrica de la propagación LA ESCUELA
ÁRABE (1000) apunta la idea de que la luz procede
de los objetos (o del Sol) y va a los
ojos. GALILEO Y KEPPLER (1600) generalizan la
utilización de instrumentos ópticos SNELL (1638)
descubre las leyes de l a refracción. DESCARTES
(1640) publica Óptica en la que se
sistema-tizan las leyes físicas de la luz, pero
sin preguntarse sobre su naturaleza.

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LA TEORÍA CORPUSCULAR
NEWTON (1642-1726) plantea que la luz está
compuesta por PARTÍCULAS MATERIALES que, lanzadas
a gran veloci-dad por los cuerpos emisores,
constituyen los rayos de luz. Estas partículas
tendrían masas diferentes para justificar la
existencia de los distintos colores.

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LA TEORÍA CORPUSCULAR
Mediante su teoría, Newton explicó correctamente
la reflexión de la luz. Para explicar la
refracción tuvo que admitir que la luz viajaba
más rápido en los medios más densos, cosa
que posteriormente se comprobó que no era cierta.
La teoría corpuscular es la base de la ÓPTICA
GEOMÉTRICA, que tuvo su desarrollo completo con
FERMAT. .

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LA TEORÍA ONDULATORIA
HUYGENS (1629-1695) propuso el modelo
ondulatorio. Según él la luz es un fenómeno
ondulatorio de tipo mecánico, como el sonido o
las ondas en la superficie del agua. La luz, por
tanto tendría asociadas una longitud de onda y
una frecuencia, como cualquier oscilación y
presentaría fenómenos de interferencia y
difracción, como las ondas

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LA TEORÍA ONDULATORIA
Mediante la teoría ondulatoria HUYGENS explicó
correcta-mente la reflexión y la refracción de la
luz (sin contradiccio-nes) pero la gran autoridad
científica de NEWTON impidie-ron que se
estableciera hasta más de un siglo después ......

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LA TEORÍA ONDULATORIA
A principios del siglo XIX YOUNG y FRESNEL
explican la interferencia y la difracción de la
luz mediante el modelo ondulatorio. El modelo
corpuscular era incapaz de explicar estos
resultados.....

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FRANJAS INTERFERENCIALES
La longitud de onda es el parámetro más
importante en la caracterización de la
interferencia.....
D
D

d
D l D / d
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LA TEORÍA ONDULATORIA
En 1864 MAXWELL plantea las ecuaciones del
electromag-netismo y se ve que la luz es una onda
electromagnética (no una onda mecánica). Este
punto fue confirmado experimen-talmente por HERTZ
en 1888. Pero aquí no acaba la historia.

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LA REVOLUCIÓN CUÁNTICA
En 1900 PLANCK resuelve la ley de emisión de un
cuerpo suponiendo que la energía está cuantizada.
EINSTEIN, en 1905, aplica el mismo principio y
explica el efecto fotoeléctri-co. BOHR, en 1912,
explica el espectro de emisión del átomo de
hidrógeno. COMPTON, en 1922, explica el efecto
que lleva su nombre. TODO ELLO RECUPERANDO LOS
PRINCIPIOS DE LA TEORÍA CORPUSCULAR DE LA LUZ
!!! .

CONCEPTO DE FOTÓN
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LA VISIÓN DUAL DE LA LUZ
A principios de siglo se estaba por tanto en una
situación incómoda, parecía que la luz se
comportaba en ocasiones como una onda y en otras
ocasiones como partícula. La cuestión fue
resuelta en 1925 por DE BROGLIE, quien propuso
que el movimiento de todo corpúsculo viene regido
por una onda asociada. La confirmación
experimental de esta idea constituye la base de
la MECÁNICA CUÁNTICA.

h/(mv)
l
Para un electrón 0.1 nm Luz visible
500 nm
l
l
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LA VISIÓN DUAL DE LA LUZ
Hoy en día estamos ya acostumbrados a utilizar
las propie-dades ondulatorias de la materia
difracción de neutrones, microscopios
electrónicos.... Y también las propiedades
corpusculares de la luz contado-res de fotones,
leyes de interacción luz materia...

Difracción de la luz Difracción de
electrones
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En resumen.... CÓMO IMAGINAMOS
HOY QUÉ ES LA LUZ?
?

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LA VISIÓN DUAL DE LA LUZ
Dar una respuesta única no es fácil
(probablemente no haya ni tan siquiera
respuesta). La VISIÓN ONDULATORIA es la más
adecuada para describir (intuitivamente) las
leyes de propagación de la luz.

Tendremos que adaptar conceptos como RAYO DE
LUZ, FRENTE DE ONDA..., pero esta va a ser la
inter-pretación de la luz que uti-lizaremos más a
menudo en esta parte del curso.
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LA VISIÓN DUAL DE LA LUZ
Por otro lado, la VISIÓN CORPUSCULAR es
fundamental para describir los mecanismos de
absorción de la luz y, en general, es la más
adecuada para describir (intuitivamente) las
leyes de la interacción luz-materia.

La ENERGÍA del fotón de luz viene relacionada
con su FRE-CUENCIA, la INTENSIDAD de la
luz tiene que ver con el NÚ- MERO DE FOTONES que
via- jan por unidad de tiempo.
A diferencia de las partículas clásicas, los
fotones pueden ser creados y destruidos
con cierta facilidad.