Espectroscopio de reflexión

 VII Semana de la Ciencia y la Tecnología
12-16 de noviembre de 2007
Espectroscopio de reflexión
El estudio detallado de la composición de las longitudes de onda de la luz
emitida por diferentes fuentes se llama espectroscopia.
Con una caja de cartulina y un CD-R virgen podemos construir un
espectroscopio de reflexión que nos permita observar el espectro de diferentes tipos
de fuentes de luz.
Este espectroscopio se llama “de reflexión” porque la luz incidente que llega al
mismo se introduce a través de una ranura en una caja y se refleja sobre un CD. Su
principio de funcionamiento es el siguiente: debido a un fenómeno de difracción, cada
componente en longitud de onda de la luz incidente emerge del CD a un ángulo
diferente, lo que permite su separación espacial y que nosotros podamos observar con
nuestros propios ojos los diferentes colores de cada componente. El fenómeno de
difracción se da en un CD ya que posee una capa de policarbonato en la que se
encuentra impresa una pista en espiral. La separación entre pistas en vueltas
sucesivas de un CD es 1.6 µm, lo que da lugar a un conjunto de 625 líneas
periódicamente distribuidas en un milímetro. Debido a esta periodicidad, un CD resulta
apropiado como rejilla para realizar un experimento de difracción. Además, la
separación entre líneas (1600 nm) es del orden de las longitudes de onda
correspondientes al espectro visible (entre 380 y 780 nm), por lo que estas ondas se
pueden difractar haciendo uso de este tipo de rejilla.
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Cómo construir un espectroscopio de reflexión
Material
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Una cartulina de color negro
Cinta aislante de color negro
Unas tijeras
Un cutter, cuchilla de afeitar o escalpelo
Un CD-R virgen
Un lápiz
Una regla graduada, cartabón y escuadra
Pegamento rápido (tipo cianoacrilato)
Procedimiento
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Dibuja sobre la cartulina el esquema del espectroscopio que aparece en la
figura 1, respetando las dimensiones (cotas en mm).
Recorta con una tijera el contorno exterior del espectroscopio, siguiendo la
línea continua de color negro de la figura 2.
Con un cutter recorta la ventana de dimensiones 20 x 6 mm (ventana de visión)
de la figura 2.
Con un cutter, haz un corte de espesor no superior a 0.5 mm sobre las líneas
de color azul de la figura 2.
Dobla la figura, siguiendo las líneas de trazos. Se formará una caja.
Con unas gotas de pegamento, une las solapas a los correspondientes
laterales de la caja, de tal forma que las solapas queden hacia el interior de la
misma.
Tapa todas las aristas de la caja con cinta aislante negra, para que no entre luz
en su interior a través de ellas.
Introduce un CD-R virgen por la rendija de mayor tamaño que has cortado con
el cutter. Empuja con cuidado hasta que el CD encaje en la parte interior de la
arista de la caja que está más próxima a la rendija de menor tamaño que has
cortado con el cutter (rendija de entrada de luz). Cuando el CD esté encajado,
coloca unas pequeñas tiras de cinta aislante en los laterales de la rendija por la
que has introducido el CD, para evitar que éste se caiga al dar la vuelta a la
caja. Puedes encontrar un esquema del espectroscopio montado en la figura 3.
Uso del espectroscopio
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Coloca la caja de tal forma que la rendija de entrada de luz quede en la parte
superior de la misma y la parte que sobresale del CD en la parte inferior.
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Sitúate de tal forma que la luz que quieres observar pueda entrar por la rendija
superior.
Mira a través de la ventana de visión. Podrás observar cómo la luz que penetra
en la caja a través de la rendija de entrada se divide en sus diferentes
componentes:
o Si te encuentras en un espacio abierto y dejas entrar luz de día,
observarás un espectro continuo de colores.
o Si miras la luz procedente de una bombilla de incandescencia,
observarás también el espectro continuo.
o Si observas un tubo fluorescente, te puedes llevar una grata sorpresa.
Los tubos que proporcionan “luz de día” presentan, además del
espectro continuo, unas líneas de mayor intensidad, que se deben a
transiciones entre niveles electrónicos de los átomos que forman parte
del material fluorescente que convierte luz ultravioleta (procedente de
las excitaciones de los átomos del vapor de mercurio que rellenan el
tubo) en luz visible. También es posible observar alguna línea
correspondiente al espectro de emisión del mercurio. En otros tipos de
tubos, el espectro continuo puede llegar a desaparecer por continuo y
sólo son visibles un reducido número de bandas de color.
o Prueba también a observar otros tipos de lámparas (de vapor de sodio,
halógenas, de vapor de mercurio a alta presión). Cada una de ellas
proporciona un espectro característico.
Referencias
La descripción original de este espectroscopio se encuentra publicada en las
siguientes referencias:
•
Wakabayashi, F., Hamada, K., Sone, K. (1998). “CD-ROM Spectroscope: a
Simple and Inexpensive Tool for Classroom Demonstrations on Chemical
Spectroscopy”. J. Chem. Ed. 75, 12, 1569-1570.
•
JCE Classroom Activity: “CD light: An Introduction to Spectroscopy”. J. Chem.
Ed. 75, 12, 1568A-1568B.
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Figura 1
Figura 2
Fuente de luz
Rendija de entrada de luz
Ventana de visión
CD
Figura 3