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TEMA 8
   Modelo corpuscular

   Modelo ondulatorio

   Teoría electromagnética

       Espectro electromagnético

   Teoría actual
   La luz está constituida por diminutas
    partículas    materiales     denominadas
    corpúsculos que son emitidas a gran
    velocidad por un foco emisor.
   La propagación rectilínea de la luz se
    explica pensando que los corpúsculos
    viajan a velocidades muy grandes y
    apenas les afecta la gravedad.
   La luz se propaga mediante ondas
    longitudinales en un medio denominado
    éter.
   Cuando un punto del espacio es alcanzado
    por una onda se convierte en un foco emisor
    secundario. (Principio de Huygens)
   Abandonada en el s.XVIII
   Tomas Young explicó     el   fenómeno   de
    interferencia. (1801)
   Fresnel interpretó el fenómeno de la difracción
    (desviación de la luz que no se explica ni por
    reflexión, ni por refracción)
   Malus descubrió la polarización de la luz por
    reflexión. (intentó explicar este fenómeno
    usando el modelo de onda longitudinal, pero
    Young sugirió que la vibración podría ser
    transversal)
   Foucault demostró que la velocidad de la luz
    era menor en medios más densos.
   En 1873 Maxwell enunció la teoría
    electromagnética, que caracteriza a la luz como
    una onda electromagnética.
   Consiste en la propagación de una perturbación
    de dos magnitudes vectoriales ������ ������ ������ que son
    perpendiculares entre sí.

   La onda es transversal porque la vibración es
    perpendicular a la propagación.

   La vibración no es aleatoria (existe polarización)
   Clasificación de las ondas electromagnéticas
    según su frecuencia (o longitud de onda).
   El espectro se divide en siete regiones
    espectrales, pero sólo es un convenio, pues no
    hay cambios físicos abruptos entre una u otra
    región.
   Todas las ondas del espectro electromagnético
    se propagan con velocidad constante:
REGIÓN             ������ ������������                  ������ ������                   E ������������
RADIO                   < 109                   > 0′3                 < 7 · 10−7
MICROONDAS          109 − 3 · 1011            0′ 3 − 10−3         7 · 10−7 − 2 · 10−4
INFRARROJO        3 · 1011 − 4 · 1014     10−3 − 780 · 10−9         2 · 10−4 − 0′ 3
VISIBLE           4 · 1014 − 8 · 1014   780 · 10−9 − 380 · 10−9       0′ 3 − 0′ 5
ULTRAVIOLETA      8 · 1014 − 3 · 1016     380 · 10−9 − 10−8            0′ 5 − 20
RAYOS X           3 · 1016 − 5 · 1019       10−8 − 6 · 1012         20 − 3 · 1014
RAYOS ������              > 5 · 1019              < 6 · 1012              > 3 · 1014


El electronvoltio (símbolo eV), es una unidad de energía. Corresponde a la
energía de un electrón cuando es acelerado por una diferencia de
potencial de 1 voltio.

                  1������������ = 1,602176462·10−19 ������
   Rayos ������: transiciones en el núcleo atómico.
   Rayos X: bombardeo de ������ − en un metal.
   Ultravioleta: reacciones químicas, ionización de
    moléculas y átomos.
   Visible: transiciones electrónicas entre niveles
    energéticos atómicos y moleculares.
   Infrarrojo: transiciones electrónicas entre niveles
    vibracionales y rotacionales.
   Microondas: numerosos dispositivos electrónicos.
   Radio: dispositivos electrónicos.
COLOR      ������ (nm)
  ROJO     620 − 780
NARANJA    590 − 620
AMARILLO   570 − 590
 VERDE     495 − 570
 AZUL      450 − 495
VIOLETA    380 − 450
   Ley fundamental de la óptica geométrica: la
    luz se propaga en línea recta en un medio
    transparente, homogéneo e isótropo.

   Principio de Fermat: el trayecto seguido por la
    luz al propagarse de un punto a otro es tal que
    el tiempo empleado siempre es el mínimo.
   Dependencia de la velocidad de la luz con el
    medio: la velocidad de la luz en un medio es
    una característica de dicho medio y varía de
    uno a otro.
   Índice de Refracción:

       Índice de Refracción absoluto:




       Índice de refracción relativo:
Un foco luminoso emite luz monocromática de
longitud de onda en el vacío ������0 = 6 · 10−7 ������ (luz
roja), que se propaga en el agua, de índice de
refracción ������ = 1′ 34. Determina:

a) La velocidad de propagación de la luz en el
   agua.
b) La frecuencia y la longitud de onda de la luz
   en el agua.
                ������ = 3 · 108 ������/������
a) Utilizamos el índice de refracción absoluto:

            ������ 3 · 108 ������/������
        ������ = =               = 2′ 24 · 108 ������/������
            ������     1′ 34

b) La frecuencia es constante:
                        ������         3·108 ������/������
   En el vacío: ������ =         =                   = 5 · 1014 ������������
                       ������0         6·10−7 ������

                              ������       2′ 24·108 ������/������
   En el agua: ������������������������������ =        =                     = 4′ 48 · 10−7 ������
                              ������         5·1014 ������������
   Reflexión

   Refracción

   Dispersión

   Difracción

   Polarización

   Absorción
   Reflexión especular: se produce cuando la
    superficie es perfectamente plana.

   Reflexión difusa: se    produce   cuando   la
    superficie es rugosa.
1. «El rayo incidente, la normal y el rayo
   refractado se encuentran en el mismo plano»
2. LEY DE SNELL: «Los senos de los ángulos de
   incidencia y de refracción son directamente
   proporcionales a las velocidades de
   propagación de la luz en los respectivos
   medios»
               ������������������ ������ ������������ ������������
                        =    =
               ������������������ ������ ������������ ������������
   Si ������1 > ������2 entonces el rayo refractado se aleja
    de la normal.




   Si ������1 < ������2 entonces el rayo refractado se acerca
    a la normal.
   La luz se propaga más despacio cuanto mayor
    es el índice de refracción del medio.

   Cuando la luz pasa de un medio a otro cambia
    su longitud de onda. La luz se refracta más
    cuanto mayor es su frecuencia
Un rayo de luz blanca incide, con un ángulo de 30º,
desde el aire sobre una lámina de vidrio. Calcula:

a) El ángulo que forman entre sí en el interior del
   vidrio los rayos rojo y azul si los valores de los
   índices de refracción del vidrio para estos colores son
   ������������ = 1′ 612 y ������������ = 1′ 671.

b) Los valores de la frecuencia y de la longitud de onda
   correspondientes a cada una de estas radiaciones en
   el vidrio sabiendo que sus longitudes de onda en el
   vidrio valen ������������ = 656′ 3 ������������ y ������������ = 486′ 1 ������������.
a) Aplicamos la ley de Snell:

                 ������������������������������ sin ������ = ������������������������������������������ sin ������

           ������������������������������                     −1
                                              ������������������������������
 sin ������ =                sin ������ ⟶ ������ = sin                  sin ������
          ������������������������������������������                     ������������������������������������������

           ������������ = 18′ 07������
                                       ������ = ������������ − ������������ = ������′ ������������������
           ������������ = 17′ 41������
b) Calculamos la frecuencia, que será constante.
                                               3 · 108 ������/������
                                      ������������ = ′               = ������′ ������������ · ������������������������ ������������
                                            6 563 · 10−11 ������
                         ������
En el vacío: ������ =
                        ������0
                                               3 · 108 ������/������
                                      ������������ = ′               = ������′ ������������ · ������������������������ ������������
                                            4 861 · 10−11 ������
                ������    ������������������������������ ·������           ������������������������������                            ������������������������������
Como ������ = =                               =                    ⟶ ������������������������������������������ =
                ������   ������������������������������������������ ·������       ������������������������������������������                        ������������������������������������������

       656′ 3 ������������                                                486′ 1 ������������
������������ =             = ������������������′ ������������ ������������                     ������������ =             = ������������������′ ������ ������������
        1′ 612                                                      1′ 671
   Se produce en el caso ������1 > ������2 .

   A medida que el ángulo de incidencia
    aumenta, crece de refracción hasta que se
    alcanza un ángulo crítico ������������ para el cual
    ������ = 90������ .

   Para cualquier ángulo mayor que ������������ no existe
    rayo refractado.
   Un rayo de luz láser de longitud de onda
    5′ 2 · 10−7 ������ incide en un bloque de vidrio.
    a) Describe los fenómenos que ocurren.
    b) Si el ángulo de incidencia es 45º y el de refracción
       30º, calcula el índice de refracción del vidrio.
    c) ¿Varía el índice de refracción para una luz de
       longitud de onda 7 · 10−7 ������?
    d) Con el índice de refracción calculado, halla el valor
       del ángulo límite.
a) Se produce       simultáneamente        reflexión     y
   refracción.

    La parte reflejada cambia de dirección (sentido).

    La parte refractada cambia de dirección             y
     disminuye su velocidad y su longitud de onda.
b) Aplicamos la ley de Snell:

              ������������ sin ������ = ������������ sin ������

            ������������ sin ������          1 · sin 45������
     ������������ =             ⟶ ������������ =
              sin ������              sin 30������

                    ������������ = ������
c) El índice de refracción depende del material y
   de la frecuencia.
                      ������ · ������
                 ������ =         = ������ · ������
                        ������

   Cuanto mayor es la frecuencia (→ violeta) más
    se refracta.

   Cuanto menor es la frecuencia (→ roja) menos
    se refracta.
d) Aplicamos la ley de Snell para ������ = 90������ :

              ������������ sin ������������ = ������������ sin 90������

                      ������������ sin 90������          1
       ������������ = sin−1                 = sin −1
                            ������������              2

                      ������������ = ������������������
En los periscopios y microscopios se utiliza un
prisma de vidrio cuya base es un triángulo isósceles.
Utilizando el mismo
   prisma en una
posición diferente…
Un rayo de luz incide con un ángulo de 30º sobre
una lámina de cuarzo de caras planas y paralelas
de 6 cm de ancho y un índice de refracción de
1’54.

a) Calcula el valor del ángulo de refracción en el
   cuarzo y el valor del ángulo de emergencia.

b) Halla el desplazamiento lateral experimentado
   por el rayo de luz cuando atraviesa la lámina
   de cuarzo.
a) Aplicamos la ley de Snell para la primera
   refracción:
  ������������ · sin ������ = ������������ · sin ������
  1 · sin 30������ = 1′ 54 · sin ������
          sin 30������
  sin ������ = ′       = 0′ 32
           1 54
  ������ = sin−1 0′ 32 = 18′ 95������

  Al ser caras paralelas podemos observar que
  ������ = ������′, por lo tanto ������ ′ = 30������ .
b. Para calcular el desplazamiento lateral aplicamos
   trigonometría:

             ������
sin ������ − ������ = ⟶ ������ = ������ · sin ������ − ������
             ������
             ������        ������
     cos ������ = ⟶ ������ =
             ������      cos ������


        sin ������ − ������            sin 30 − 18′ 95������
������ = ������             = 6 ������������ ·                   = 1′ 22 ������������
           cos ������                 cos 18′ 95������
   A la dependencia del
    índice de refracción con
    la longitud de onda
     ↑↑ ������ ⇒ ↓↓ ������    se le
    denomina DISPERSIÓN.
La difracción se produce cuando la longitud de
onda es comparable a las dimensión de la rendija.

Si la rendija es circular, se producen círculos
concéntricos.

 El primer disco:



 d es el diámetro
 del orificio
Bandas claras


Bandas oscuras


                 Ángulos muy pequeños:
                 sin ������ = tan ������
                                            ������
                                   sin ������ =
                                            ������
                           ������
                  tan ������ =
                           ������
8. naturaleza de la luz

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8. naturaleza de la luz

  • 2. Modelo corpuscular  Modelo ondulatorio  Teoría electromagnética  Espectro electromagnético  Teoría actual
  • 3. La luz está constituida por diminutas partículas materiales denominadas corpúsculos que son emitidas a gran velocidad por un foco emisor.  La propagación rectilínea de la luz se explica pensando que los corpúsculos viajan a velocidades muy grandes y apenas les afecta la gravedad.
  • 4. La luz se propaga mediante ondas longitudinales en un medio denominado éter.  Cuando un punto del espacio es alcanzado por una onda se convierte en un foco emisor secundario. (Principio de Huygens)  Abandonada en el s.XVIII
  • 5. Tomas Young explicó el fenómeno de interferencia. (1801)
  • 6. Fresnel interpretó el fenómeno de la difracción (desviación de la luz que no se explica ni por reflexión, ni por refracción)  Malus descubrió la polarización de la luz por reflexión. (intentó explicar este fenómeno usando el modelo de onda longitudinal, pero Young sugirió que la vibración podría ser transversal)  Foucault demostró que la velocidad de la luz era menor en medios más densos.
  • 7. En 1873 Maxwell enunció la teoría electromagnética, que caracteriza a la luz como una onda electromagnética.
  • 8. Consiste en la propagación de una perturbación de dos magnitudes vectoriales ������ ������ ������ que son perpendiculares entre sí.  La onda es transversal porque la vibración es perpendicular a la propagación.  La vibración no es aleatoria (existe polarización)
  • 9. Clasificación de las ondas electromagnéticas según su frecuencia (o longitud de onda).  El espectro se divide en siete regiones espectrales, pero sólo es un convenio, pues no hay cambios físicos abruptos entre una u otra región.  Todas las ondas del espectro electromagnético se propagan con velocidad constante:
  • 10. REGIÓN ������ ������������ ������ ������ E ������������ RADIO < 109 > 0′3 < 7 · 10−7 MICROONDAS 109 − 3 · 1011 0′ 3 − 10−3 7 · 10−7 − 2 · 10−4 INFRARROJO 3 · 1011 − 4 · 1014 10−3 − 780 · 10−9 2 · 10−4 − 0′ 3 VISIBLE 4 · 1014 − 8 · 1014 780 · 10−9 − 380 · 10−9 0′ 3 − 0′ 5 ULTRAVIOLETA 8 · 1014 − 3 · 1016 380 · 10−9 − 10−8 0′ 5 − 20 RAYOS X 3 · 1016 − 5 · 1019 10−8 − 6 · 1012 20 − 3 · 1014 RAYOS ������ > 5 · 1019 < 6 · 1012 > 3 · 1014 El electronvoltio (símbolo eV), es una unidad de energía. Corresponde a la energía de un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. 1������������ = 1,602176462·10−19 ������
  • 11. Rayos ������: transiciones en el núcleo atómico.  Rayos X: bombardeo de ������ − en un metal.  Ultravioleta: reacciones químicas, ionización de moléculas y átomos.  Visible: transiciones electrónicas entre niveles energéticos atómicos y moleculares.  Infrarrojo: transiciones electrónicas entre niveles vibracionales y rotacionales.  Microondas: numerosos dispositivos electrónicos.  Radio: dispositivos electrónicos.
  • 12.
  • 13. COLOR ������ (nm) ROJO 620 − 780 NARANJA 590 − 620 AMARILLO 570 − 590 VERDE 495 − 570 AZUL 450 − 495 VIOLETA 380 − 450
  • 14.
  • 15. Ley fundamental de la óptica geométrica: la luz se propaga en línea recta en un medio transparente, homogéneo e isótropo.  Principio de Fermat: el trayecto seguido por la luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo empleado siempre es el mínimo.
  • 16. Dependencia de la velocidad de la luz con el medio: la velocidad de la luz en un medio es una característica de dicho medio y varía de uno a otro.
  • 17. Índice de Refracción:  Índice de Refracción absoluto:  Índice de refracción relativo:
  • 18. Un foco luminoso emite luz monocromática de longitud de onda en el vacío ������0 = 6 · 10−7 ������ (luz roja), que se propaga en el agua, de índice de refracción ������ = 1′ 34. Determina: a) La velocidad de propagación de la luz en el agua. b) La frecuencia y la longitud de onda de la luz en el agua. ������ = 3 · 108 ������/������
  • 19. a) Utilizamos el índice de refracción absoluto: ������ 3 · 108 ������/������ ������ = = = 2′ 24 · 108 ������/������ ������ 1′ 34 b) La frecuencia es constante: ������ 3·108 ������/������ En el vacío: ������ = = = 5 · 1014 ������������ ������0 6·10−7 ������ ������ 2′ 24·108 ������/������ En el agua: ������������������������������ = = = 4′ 48 · 10−7 ������ ������ 5·1014 ������������
  • 20. Reflexión  Refracción  Dispersión  Difracción  Polarización  Absorción
  • 21. Reflexión especular: se produce cuando la superficie es perfectamente plana.  Reflexión difusa: se produce cuando la superficie es rugosa.
  • 22.
  • 23.
  • 24. 1. «El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano»
  • 25. 2. LEY DE SNELL: «Los senos de los ángulos de incidencia y de refracción son directamente proporcionales a las velocidades de propagación de la luz en los respectivos medios» ������������������ ������ ������������ ������������ = = ������������������ ������ ������������ ������������
  • 26. Si ������1 > ������2 entonces el rayo refractado se aleja de la normal.  Si ������1 < ������2 entonces el rayo refractado se acerca a la normal.
  • 27. La luz se propaga más despacio cuanto mayor es el índice de refracción del medio.  Cuando la luz pasa de un medio a otro cambia su longitud de onda. La luz se refracta más cuanto mayor es su frecuencia
  • 28. Un rayo de luz blanca incide, con un ángulo de 30º, desde el aire sobre una lámina de vidrio. Calcula: a) El ángulo que forman entre sí en el interior del vidrio los rayos rojo y azul si los valores de los índices de refracción del vidrio para estos colores son ������������ = 1′ 612 y ������������ = 1′ 671. b) Los valores de la frecuencia y de la longitud de onda correspondientes a cada una de estas radiaciones en el vidrio sabiendo que sus longitudes de onda en el vidrio valen ������������ = 656′ 3 ������������ y ������������ = 486′ 1 ������������.
  • 29. a) Aplicamos la ley de Snell: ������������������������������ sin ������ = ������������������������������������������ sin ������ ������������������������������ −1 ������������������������������ sin ������ = sin ������ ⟶ ������ = sin sin ������ ������������������������������������������ ������������������������������������������ ������������ = 18′ 07������ ������ = ������������ − ������������ = ������′ ������������������ ������������ = 17′ 41������
  • 30. b) Calculamos la frecuencia, que será constante. 3 · 108 ������/������ ������������ = ′ = ������′ ������������ · ������������������������ ������������ 6 563 · 10−11 ������ ������ En el vacío: ������ = ������0 3 · 108 ������/������ ������������ = ′ = ������′ ������������ · ������������������������ ������������ 4 861 · 10−11 ������ ������ ������������������������������ ·������ ������������������������������ ������������������������������ Como ������ = = = ⟶ ������������������������������������������ = ������ ������������������������������������������ ·������ ������������������������������������������ ������������������������������������������ 656′ 3 ������������ 486′ 1 ������������ ������������ = = ������������������′ ������������ ������������ ������������ = = ������������������′ ������ ������������ 1′ 612 1′ 671
  • 31. Se produce en el caso ������1 > ������2 .  A medida que el ángulo de incidencia aumenta, crece de refracción hasta que se alcanza un ángulo crítico ������������ para el cual ������ = 90������ .  Para cualquier ángulo mayor que ������������ no existe rayo refractado.
  • 32.
  • 33.
  • 34.
  • 35. Un rayo de luz láser de longitud de onda 5′ 2 · 10−7 ������ incide en un bloque de vidrio. a) Describe los fenómenos que ocurren. b) Si el ángulo de incidencia es 45º y el de refracción 30º, calcula el índice de refracción del vidrio. c) ¿Varía el índice de refracción para una luz de longitud de onda 7 · 10−7 ������? d) Con el índice de refracción calculado, halla el valor del ángulo límite.
  • 36. a) Se produce simultáneamente reflexión y refracción.  La parte reflejada cambia de dirección (sentido).  La parte refractada cambia de dirección y disminuye su velocidad y su longitud de onda.
  • 37. b) Aplicamos la ley de Snell: ������������ sin ������ = ������������ sin ������ ������������ sin ������ 1 · sin 45������ ������������ = ⟶ ������������ = sin ������ sin 30������ ������������ = ������
  • 38. c) El índice de refracción depende del material y de la frecuencia. ������ · ������ ������ = = ������ · ������ ������  Cuanto mayor es la frecuencia (→ violeta) más se refracta.  Cuanto menor es la frecuencia (→ roja) menos se refracta.
  • 39. d) Aplicamos la ley de Snell para ������ = 90������ : ������������ sin ������������ = ������������ sin 90������ ������������ sin 90������ 1 ������������ = sin−1 = sin −1 ������������ 2 ������������ = ������������������
  • 40.
  • 41. En los periscopios y microscopios se utiliza un prisma de vidrio cuya base es un triángulo isósceles.
  • 42. Utilizando el mismo prisma en una posición diferente…
  • 43.
  • 44. Un rayo de luz incide con un ángulo de 30º sobre una lámina de cuarzo de caras planas y paralelas de 6 cm de ancho y un índice de refracción de 1’54. a) Calcula el valor del ángulo de refracción en el cuarzo y el valor del ángulo de emergencia. b) Halla el desplazamiento lateral experimentado por el rayo de luz cuando atraviesa la lámina de cuarzo.
  • 45. a) Aplicamos la ley de Snell para la primera refracción: ������������ · sin ������ = ������������ · sin ������ 1 · sin 30������ = 1′ 54 · sin ������ sin 30������ sin ������ = ′ = 0′ 32 1 54 ������ = sin−1 0′ 32 = 18′ 95������ Al ser caras paralelas podemos observar que ������ = ������′, por lo tanto ������ ′ = 30������ .
  • 46. b. Para calcular el desplazamiento lateral aplicamos trigonometría: ������ sin ������ − ������ = ⟶ ������ = ������ · sin ������ − ������ ������ ������ ������ cos ������ = ⟶ ������ = ������ cos ������ sin ������ − ������ sin 30 − 18′ 95������ ������ = ������ = 6 ������������ · = 1′ 22 ������������ cos ������ cos 18′ 95������
  • 47.
  • 48. A la dependencia del índice de refracción con la longitud de onda ↑↑ ������ ⇒ ↓↓ ������ se le denomina DISPERSIÓN.
  • 49.
  • 50. La difracción se produce cuando la longitud de onda es comparable a las dimensión de la rendija. Si la rendija es circular, se producen círculos concéntricos. El primer disco: d es el diámetro del orificio
  • 51. Bandas claras Bandas oscuras Ángulos muy pequeños: sin ������ = tan ������ ������ sin ������ = ������ ������ tan ������ = ������