Apuntes sobre radiación electromagnética.
Anuncio
Radiación electromagnética (ondas em) y espectros Gymnázium Budejoviká Radiación electromagnética: Campos eléctricos (electrické pole): Como todos sabemos las cargas eléctricas se realizan fuerzas de atracción o de repulsión entre sí. Esta fuerza se produce a distancia, sin que las cargas se toquen. ¿Pero como puede ocurrir esto? ¿Como “sabe” una carga que hay otra carga cerca que repele? E Los físicos explican este hecho suponiendo que existe una propiedad física vectorial asociada a cada carga eléctrica llamada campo eléctrico ( E ). Suponen que todo el espacio alrededor de una carga esta “lleno”, “cubierto” por esta propiedad. Cada punto alrededor de la carga tiene definido un vector ( E ) tal como se ve en la figura. +Q E Si a la carga Q le acercamos una carga de prueba q, está última sufrirá una fuerza cuyo valor será: F q·E Este campo eléctrico tiene una estructura relativamente complicada y es muy “confuso” representarlo mediante tantos vectores en cada punto, por eso se representa mediante las llamadas líneas de campo: a) Campo eléctrico creado por una carga positiva, representación mediante vectores E . Campo eléctrico ( E ) creado en punto P por una carga Q . y fuerza eléctrica ( Fq )sobre una carga de prueba q b) Campo eléctrico creado por una carga positiva, representación mediante líneas de campo. Ejemplos: Independiente de que en ese espacio haya otra carga (la carga de prueba q) o no, el campo eléctrico E está ahí, aunque no podamos verlo. Sólo podemos sentirlo debido a sus efectos sobre “cargas eléctricas de prueba”. Ondas electromagnéticas: Cuando una carga eléctrica se mueve (vibra o se acelera), su campo eléctrico varía o se mueve con ella. Esta vibración o cambio del campo eléctrico se va transmitiendo (“viaja”) de unos puntos a otros, de forma parecida a como se mueve el agua alrededor de una barca si la empujamos hacia abajo y hacia arriba alternativamente. 1 Radiación electromagnética (ondas em) y espectros Gymnázium Budejoviká Es decir, se produce una onda (onda electromagnética) en el campo eléctrico que se transmite a través del espacio y que transporta energía con ella. Además, la variación del campo eléctrico produce un campo magnético asociado, por lo que estas ondas están formadas por la variación simultánea de un campo eléctrico y uno magnético. Es interesante destacar estás ondas pueden propagarse incluso por el vació, cosa que no pueden hacer el resto de ondas que conoces (sonido, olas...), por eso la radiación del sol puede llegar hasta nosotros en la tierra. Por lo tanto: ◦ La radiación electromagnética es un fenómeno que consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas. ◦ Una onda electromagnética consiste en la variación de un campo eléctrico y un campo magnético producida por la vibración de una carga eléctrica. Esta variación se propaga por el espacio en forma de onda, transporta energía y puede propagarse incluso por el vació. ◦ Todas las ondas electromagnéticas se propagan con la misma velocidad: La llamada velocidad de la luz: c=3·108m/s=300.000Km/s ◦ Las ondas electromagnéticas tienen dos propiedades principales: La longitud de onda ( , m) y la frecuencia (f, Hz). Además estas dos propiedades cumplen la siguiente relación: c · f ◦ La energía que transporta una onda esta relacionada con y f, de hecho es directamente proporcional a f e inversamente proporcional a . Es decir: - Ondas de frecuencias mayores transportan más energía (son más energéticas) que ondas de frecuencias más pequeñas. - Lo contrario ocurre con la longitud de onda: ondas de pequeña transportan más energía (son más energéticas) NOTA IMPORTANTE: No confundáis el término radiación (Záření) con radiactividad.. Radiación es un término más general, que se puede definir “como emisión de energía mediante ondas electromagnéticas o partículas subatómicas (electrones...)”. La radiactividad consiste en la emisión por parte de ciertos materiales de tres tipos de radiación α, β y γ. Las dos primeras no estás compuestas por radiación electromagnética sino por partículas subatómicas1 Espectro electromagnético: Como ya hemos dicho, las ondas electromagnéticas se pueden diferenciar en cualquiera de sus dos propiedades: La longitud de onda ( , m) y la frecuencia (f, Hz). En función del valor de estas dos propiedades las ondas em se clasifican en distintos tipos (normalmente según su uso, aplicación o fenómenos naturales donde se ha detectado). De menor a mayor f (de mayor a menor ) estas serían2: Ondas de radio -> microondas-> infrarrojo3 -> luz visible-> luz ultravioleta4-> rayos x -> rayos (gamma) Se llama espectro electromagnético al conjunto de radiaciones u ondas electromagnéticas existentes, ordenadas según su frecuencia o longitud de onda. 1 La radiación α está compuesta por núcleos de átomos de Helio (4He2+), la radiación Ver figura en el anexo final 3 A veces también se denominan rayos infrarrojos o radiación infrarroja. 4 A veces también se denominan rayos ultravioleta o radiación ultravioleta. β está compuesta por electrones. 2 2 Radiación electromagnética (ondas em) y espectros Gymnázium Budejoviká De todas ellas, la luz visible es la parte que los seres humanos podemos percibir mediante nuestro sentido de la vista (ojos) y está formada por lo que conocemos como colores. Como podemos observar ocupa una parte extremadamente pequeña de todo el espectro. En concreto podemos percibir las radiaciones u ondas electromagnéticas con frecuencias entre 7,7·1014Hz (rojo) y 3,9·1014Hz (violeta) o con longitudes de onda comprendidas entre 390nm(violeta) y 760nm (rojo). Dependiendo del valor de f o la luz será de un color o de otro. Espectros atómicos: Cuando la luz procedente de una fuente luminosa atraviesa (procházet) un prisma (hranol) se dispersa (rozloží) de forma que cada rayo (paprsek) de diferente color (es decir, de diferente f o ) se desvía un ángulo diferente y llega a una posición diferente en una pantalla. donde se pueden observar. ◦ Espectro continúo: Cuando la luz es emitida por un cuerpo sólido o líquido incandescente (extremadamente caliente) se hace pasar por el prisma, en la pantalla se puede observar una gradación con todos los colores que componen la luz blanca. La imagen es similar a la de un arco iris (duha). A este tipo de luz se le llama luz blanca o natural. ◦ Espectro (atómico) discreto de emisión: Si la fuente de luz es una sustancia gaseosa 5, el espectro que se obtiene no es continúo, no tiene todos los colores, en la pantalla sólo aparecen algunas líneas con diferentes colores. ◦ Espectro (atómico) discreto de absorción: Si se hace pasar la luz blanca procedente de una fuente sólida (una bombilla por ejemplo) a través de una muestra de gas, el espectro que se obtiene en este caso tampoco es continúo, otra vez no tiene todos los colores. Pero en este caso aparece la gradación de colores (el arco iris) con algunas franjas (líneas, rayas) negras donde faltan algunos colores. Estás líneas negras se corresponden exactamente con las líneas que aparecerían en el espectro de emisión del gas. Es interesante destacar que cada elemento químico tiene un espectro atómico discreto único y característico. 5 Una sustancia gaseosa emite luz si se “excita” (se le comunica suficiente energía) de alguna manera. Las formas más habituales son: ◦ Mediante campos eléctricos debido colisiones entre las moléculas del gas y los electrones que componen los rayos catódicos en un tubo de descarga de gases (tubo de Thomson). ◦ Mediante energía térmica, calentando mucho el gas o por combustión (quemándolo) 3 Radiación electromagnética (ondas em) y espectros Gymnázium Budejoviká Anexo: Onda electromagnética: Espectro electromagnético: 4 Modelos Atómicos: Física moderna, modelos de Bohr y Schrödinger Movimiento oscilatorio Kmitavý pohyb La vibración, la oscilación Periódico El ciclo El periodo Frecuencia Amplitud Kmitání, oscilace Periodický Kmit, cyklus Perioda (nebo doba kmitu) Frekvence Amplituda Ondas Vlění La perturbación Transmitir Transmisión, transferencia La propagación Propagarse El medio Medio elástico La fuente Las ondas longitudinales Las ondas transversales Las crestas (máximos) Los valles (mínimos) Los nodos La longitud de onda La velocidad de propagación de la onda El frente de onda Las ondas mecánicas Rozruch Přenášet, přenést Přenos Propagace, šíření šířit se, propagovat?? Prostředí Pružné prostředí Zdroj Podélné vlny Příčné vlny Vrcholy (maxima) Doly (minima) Uzly Vlnová délka/délka vlny Rychlost vlnění Ondas electromagnéticas: Elektromagnetické Vlny: Ondas de radio Microondas Radiación infrarroja Luz visible Radiación ultravioleta Rayos X Rayos Gamma Fenómenos ondulatorios La atenuación La reflexión Reflejarse La refracción Refractarse Incidir Onda incidente Onda reflejada Onda refractada La interferencia Superposición (de ondas) Interferencia constructiva Interferencia destructiva (ondas) en fase (ond.) en oposición de fase (ondas) desfasadas La difracción La dispersión Dispersarse Las pulsaciones Las ondas estacionarias La polarización Vlnoplocha Mechanické vlnění Rádiové vlny Mikrovlny Infračervené záření Viditelné světlo Ultrafialové záření Rentgenové záření Záření gamma Vlnové jevy Zeslabení Odraz odrázit se, odrážet se Lom Lomit se, lámat se Dopadnout, dopadat Dopadající vlna Odražená vlna lomená vlna Interference Skládání (vln) Konstruktiviní interference Destruktiviní interference Ve fázi V opačné fázi Mimo fázi Ohyb Disperze (rozptýlenost) Rozptýlit se Rázy, pulzace Stojaté vlny Polarizace Acústica El sonido La intensidad El volumen El tono El sonido agudo El sonido grave El timbre El modo de vibración El eco La reverberación Los ultrasonidos La infrasonidos El efecto Doppler La onda de choque La escala musical El ruido Óptica Gymnazium Budejovická Akustika Zvuk Intenzita (vln) hlasitost Tón Vysoký zvuk, vyška Hluboký zvuk, hloubka Zabarvení Vibrační mody (Barva tónu) Ozvěna Dozvuk Ultrazvuk Infrazvuk Dopplerův jev Rázová vlna Hudební stupnice Šum Optika La luz La radiación La fuente de luz La sombra El fotón El espectro electromagnético Los medios ópticos: transparentes opacos Světlo Záření Zdroj světla stín Foton Elektromagnetické spektrum Optické prostředí: průhledné neprůhledné La propagación rectilínea de la luz El rayo El rayo incidente El rayo refractado El rayo reflejado El índice de refracción La reflexión regular Reflexión difusa Reflexión total přímočaré šíření světla Fibra óptica El prisma La dispersión El arco iris Los colores El espectro visible Espectroscopio El experimento de Young Rendija Difracción Red de difracción Espectro de difracción paprsek Dopadající paprsek Lomený paprsek Odražený paprsek? Index lomu Pravidelný odraz Rozptýlený odraz Úplný odraz (totální reflexe) Skleněné vlákno Hranol Disperze Duha Barvy Barevné spektrum Spektroskop Youngův pokus Štěrbina Ohyb, Difrakce Difrakční mřížka Obybová spektra 5 Modelos Atómicos: Física moderna, modelos de Bohr y Schrödinger Óptica geométrica Gymnazium Budejovická Geometrické optika El diagrama óptico El eje óptico El foco La distancia focal La potencia óptica La dioptría El objeto La imagen La imagen real La imagen virtual Optické zobrazení Optická osa ohnisko Ohnisková vzdálenost Optická mohutnost Dioptrie Předmět Obraz Skutečný (reálný) obraz Neskutečný (zdándivý) obraz El espejo plano Espejo esférico Espejo cóncavo Espejo convexo La lente Lente convergente biconvexa plano-convexa menisco-convergente Rovinné zrcadlo Sférické zrcadlo Duté (konkávní) zrcadlo Vypuklé(konvexní)zrcadlo Čočka Spojka (konvexní čočka) dvojvypouklá ploskovypouklá dutovypouklá Lente divergente bicóncava plano-cóncava menisco-divergente Rozptylka (Konkávní č.) dvojdutá ploskodutá vypuklodutá Los instrumentos ópticos La cámara fotográfica La lupa El microscopio El telescopio El proyector Las aberraciones ópticas: Aberración esférica Aberración cromática Optické přístroje Fotoaparát Lupa Mikroskop (drobnohled) Dalekohled Projektor Optické vady: (Otvorová) kulová vada Barevná vada 6