El Espectro Electromagnético 1. PREGUNTAS DE APERTURA Y DISCUSIÓN

El Espectro Electromagnético
1. PREGUNTAS DE APERTURA Y DISCUSIÓN
1. ¿Qué es el espectro electromagnético?
2. ¿Qué es la luz? ¿Conoce alguna teoría al respecto?
3. ¿Sabe que la luz está compuesta de varios colores? ¿A qué se debe el arcoíris?
4. ¿Cómo se puede descomponer la luz?
5. ¿A qué se deben estos colores?
6. ¿Qué es la difracción?
7. ¿Qué es una rejilla de difracción?
8. ¿Sabe lo que es un espectrógrafo?
9. ¿Qué información importante nos brinda el espectro electromagnético?
10. ¿En qué campos de investigación se emplean los espectrógrafos o espectrómetros?
2. OBSERVACIÓN EXPERIMENTAL EN GRUPOS (3 grupos)
- Anote las observaciones.
3. ORGANIZACIÓN TEÓRICA, LECTURA DE APUNTES
V de Gowin (Análisis de actividades experimentales)
Dominio
(Pensar)
Conceptual
Pregunta Clave
1. Teoría - Filosofías
Teoría Electromagnética
Teoría Ondulatoria de la Luz
Metodológica (Hacer)
¿De qué depende que se
observen diferentes
colores al descomponer la luz?
¿Cuál la relación
entre color y
longitud de
onda?
2. Principios y Leyes
-La luz está compuesta por
diferentes longitudes de onda
- La transmisión de la luz es en
forma de ondas
3. Conceptos Relacionados
Ondas, difracción, espectroscopia,
longitud de onda
6. Conclusiones
Afirmaciones de valor
Afirmaciones de conocimiento
5. Registro de Datos
interacción
4. Procedimiento
Tema
Acontecimiento
Espectro Electromagnético
Cuando la luz atraviesa una red de difracción
se descompone en un espectro de colores
Teoría
LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas
electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente
espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de
absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a
una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de
permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de
onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación 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 electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se
cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras
que el límite máximo sería el tamaño del Universo aunque formalmente el espectro
electromagnético es infinito y continuo.
Espectro visible
Por encima de la frecuencia de las radiaciones
infrarrojas se encuentra lo que comúnmente es llamado
luz, un tipo especial de radiación electromagnética que
violeta
380–450 nm
tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8
micrómetros. Este es el rango en el que el sol y las
estrellas similares a las que emiten la mayor parte de su
azul
450–495 nm
radiación. Probablemente, no es una coincidencia que el
ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que
verde
495–570 nm
emite el sol con más fuerza. La luz visible (y la luz del
infrarrojo cercano) es normalmente absorbida y emitida
amarillo
570–590 nm
por los electrones en las moléculas y los átomos que se
mueven de un nivel de energía a otro. La unidad usual
naranja
590–620 nm
para expresar las longitudes de onda es el Angstrom. La
luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte
muy pequeña del espectro electromagnético, la
rojo
620–750 nm
radiación electromagnética 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 (más de 760 nm) y
ultravioleta (menor de 380 nm) también se refiere a veces como la luz, especialmente cuando la
visibilidad a los seres humanos no es relevante. Si la radiación tiene una frecuencia en la región
visible del espectro electromagnético se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazón de fruta, y
luego golpea los ojos, esto da lugar a la percepción visual de la escena. Nuestro sistema visual del
cerebro procesa la multitud de frecuencias se refleja en diferentes tonos y matices, y a través de
este, no del todo entendido fenómeno psico-físico, la mayoría de la gente percibe un tazón de
fruta; Un arco iris muestra la óptica (visible) la parte del espectro electromagnético.
Color
Longitud de onda
La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse
y transmitirse a través de fibras ópticas, lo cual representa una ventaja pues con su alta frecuencia
es capaz de llevar más información.
Por otro lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de
láser.
En la mayoría de las longitudes de onda, sin embargo, la información transportada por la radiación
electromagnética no es detectado directamente por los sentidos humanos. Las fuentes naturales
producen radiación electromagnética en el espectro, y nuestra tecnología también se puede
manipular una amplia gama de longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz que, aunque no es
adecuado para la visión directa, puede llevar los datos que se puede traducir en sonido o una
imagen. La codificación utilizada en estos datos es similar a la utilizada con las ondas de radio.
Espectroscopios
Los espectroscopios se usan a menudo en astronomía y en algunas ramas
de la química. Los primeros aparatos de este tipo eran simplemente un
prisma con graduaciones que marcaban las longitudes de onda de la luz.
Los espectroscopios modernos, como los monocromadores, generalmente
usan una rejilla de difracción, una hendidura móvil y una especie de
fotodetector, además de estar automatizados y controlados por un
ordenador. El espectroscopio fue inventado por Gustav Robert Georg
Kirchhoff y por Robert Wilhelm Bunsen.
Cuando un material se calienta hasta la incandescencia emite una luz que
es característica de la composición atómica del material. Las frecuencias de
luz particulares dan lugar a bandas bruscamente definidas en la escala, que
son similares a huellas digitales. Por ejemplo, el elemento sodio tiene una
Comparación de diferentes espectrómetros
basados en la difracción: reflexión
óptica, refracción óptica y fibra óptica.
doble banda amarilla muy característica, conocida como líneas D del
sodio a 588.9950 y 589.5924 nanómetros, cuyo color será familiar a quien
haya visto una lámpara de vapor de sodio de baja presión.
En el diseño del espectroscopio original, a principios
del siglo XIX, la luz entraba en una hendidura y una
lente colimadora transformaba la luz en un haz
delgado de rayos paralelos. La luz pasaba entonces
por un prisma (en espectroscopios portátiles, por lo
general un prisma Amici) que refractaba el haz de
luz en un espectro, debido a que las diferentes
longitudes de onda eran refractadas en cantidades diferentes por la dispersión. Esta imagen se
veía entonces a través de un tubo con una escala que se transponía sobre la imagen espectral,
permitiendo su medida directa.
Con el desarrollo de la película fotográfica, se creó el espectrógrafo, que era más exacto. Estaba
basado en el mismo principio que el espectroscopio, pero tenía una cámara en lugar del tubo de
inspección. En años recientes, la cámara ha sido sustituida por circuitos electrónicos construidos
alrededor del tubo fotomultiplicador, permitiendo el análisis espectrográfico en tiempo real con
mucha más exactitud. En los sistemas espectrográficos también se usan series de fotosensores en
lugar de la película.
Tal análisis espectral, o espectroscopia, se ha convertido en un importante instrumento científico
para analizar la composición de material desconocido, y para estudiar fenómenos y teorías
astronómicas. El espectrómetro mide longitudes de onda.
DIFRACCIÓN
La difracción es junto con la interferencia un fenómeno
típicamente ondulatorio. La difracción se observa cuando
se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas
dimensiones son comparables a la longitud de onda. El caso
más sencillo corresponde a la difracción Fraunhofer, en la
que el obstáculo es una rendija estrecha y larga, de modo
que podemos ignorar los efectos de los extremos.
Supondremos que las ondas incidentes son normales al
plano de la rendija, y que el observador se encuentra a una
distancia grande en comparación con la anchura de la misma.
De acuerdo con el principio de Huygens, cuando la onda incide sobre una rendija todos los puntos
de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas,
denominadas ondas difractadas, por lo que la explicación del fenómeno de la difracción no es
cualitativamente distinto de la interferencia. Una vez que hemos estudiado la interferencia de un
número limitado de fuentes, la difracción se explica a partir de la interferencia de un número
infinito de fuentes.
*Rejilla de difracción
La rejilla de difracción es usada para medir la longitud de onda de la luz con un instrumento
práctico. La rejilla es básicamente un gran número de rendijas paralelas y espaciadas en una
pantalla opaca. Una rendija puede tener 10000 rendijas en 1 cm
Descripción
Sea b la anchura de la rendija, y consideremos que las infinitas fuentes secundarias de ondas están
distribuidas a lo largo de la rendija.


La diferencia de caminos entre la fuente que pasa por el origen y la que pasa por el punto
x es, x·senq .
La diferencia de caminos entre la fuente situada en el origen y la situada en el otro
extremo de la rendija será b·senq .
El estado del punto P es la superposición de infinitos M.A.S. La suma de los infinitos vectores de
amplitud infinitesimal produce un arco de circunferencia, cuya cuerda es la resultante A.
El ángulo δ que forma el vector situado en x con la horizontal vale kx·senq