Naturaleza y propagación de la luz

Vilca Aguilar Limber Luis 1623225026, Lenes Almirón Mario Anthony 1623225108
Universidad Nacional del Callao, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Profesional
de Ingeniería Electrónica
Resumen-
I. INTRODUCCIÓN
La luz se representa en forma de onda electromagnética, por lo que las propiedades físicas de las ondas
electromagnéticas se pueden aplicar bien a las ondas de luz. Propiedades como que es irradiada por
una fuente luminosa, posee una velocidad de propagación en el vacío, donde alcanza una velocidad
cerca de 300 000 km/s, efecto Doppler que ocurre cuando la fuente y el observador están en
movimiento relativo. Lo que distingue a la luz de otras ondas electromagnéticas es la longitud de onda.
Dependiendo del valor de la longitud de onda, las ondas pueden manifestarse en forma de rayos
cósmicos, rayos gamma, rayos x, rayos ultravioletas, rayos infrarrojos, ondas de radio, ondas de luz,
etc. Solo en una gama estrecha de longitudes de onda de unos 400nm (color violeta) hasta unos 700nm
(color rojo), los ojos son sensibles a la radiación electromagnética, por lo que la luz se vuelve un
espectro visible. El estudio de la naturaleza y propagación de la luz sirve como un puente entre
las ondas electromagnéticas y la óptica.
II. CONTENIDO
La luz
La luz se puede definir como una de las formas de energía electromagnética que se
encuentran en la naturaleza.
ESTA es una energía radiante PODEMOS DECIR QUE es una forma de radiación
electromagnética similar al calor radiante, las ondas de radio o rayos X, se puede propagar
tanto en el vacío como en medios materiales. TAMBIEN PODEMOS DECIR QUE La luz
corresponde a oscilaciones extremadamente rápidas en un campo electromagnética, en un
rango determinado de frecuencias que pueden ser detectadas por el ojo humano. CABE
RESALTAR QUE HAY diferentes frecuencias QUER van desde aproximadamente 4 – 104
vibraciones por segundo en la luz roja , Y hasta aproximadamente 7.5 – 104 vibraciones por
segundo en la luz violeta.

III. NATURALEZA Y PROPAGACIÓN

III.I Naturaleza de la luz.

hasta intermedio del siglo xvii se creía que la luz estaba formada por corpúsculos que eran emitidos por los focos
luminosos, tales como el sol o la llama de una vela, que viajaban en línea recta y que atravesaban los objetos
transparentes, pero no los opacos, alterando el sentido de la vista al penetrar en el ojo. gran parte de la
popularidad de esta teoría se originaba en el prestigio científico de algunos de sus autores como Isaac newton que
había formulado leyes ópticas compatibles con esta descripción corpuscular de la luz, éste se apoyaba en que la
trayectoria seguida por los corpúsculos es rectilínea y por consecuente la luz se propaga en línea recta.
en el año 1660 huygens demostró que las leyes de la óptica se podían explicar partiendo de la suposición de que la
luz tenía naturaleza ondulatoria. huygens se basaba en el hecho de que la propagación rectilínea y la reflexión se
pueden explicar ondulatoriamente, pero en el año 1827 los experimentos de young y fresnel sobre interferencias, y
otras experiencias posteriores de foucault sobre medidas de velocidad de la luz en el seno de líquidos, mostraron
que la teoría corpuscular era poco apropiada para explicar determinados fenómenos ópticos. en 1873 se produjo
un avance sustancial en la comprensión de la naturaleza de la luz, los estudios teóricos de maxwell sobre los
campos eléctrico y magnético le permitieron acoplar ambos en una única teoría denominada electromagnetismo,
en la que se deducía de manera natural la existencia de ondas electromagnéticas desplazándose a la velocidad de
la luz, de donde se deducía que la naturaleza de esta debía ser electromagnética. la teoría se demostró cierta en
los experimentos realizados por hertz en 1888 y, hacia finales del siglo xix, se creía que el conocimiento acerca de
la naturaleza de la luz era completo.

sin embargo, la teoría electromagnética clásica no podía explicar la emisión de electrones por un conductor cuando
incide la luz sobre su superficie,dicho fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico. este efecto consiste en la
emisión espontánea de electrones en algunos sólidos (metálicos o semiconductores) irradiados por luz. fue
descubierto y descrito experimentalmente por heinrich hertz en 1887 y suponía un importante desafío a la teoría
electromagnética de la luz. en 1905, albert einstein presentó una explicación del efecto fotoeléctrico basándose en
una idea propuesta anteriormente por planck para la emisión espontánea de radiación lumínica por cuerpos
cálidos y postuló que la energía de un haz luminoso se hallaba concentrada en pequeños paquetes, que denominó
cuantos de energía y que en el caso de la luz se denominan fotones. el mecanismo del efecto fotoeléctrico
consistiría en la transferencia de energía de un fotón a un electrón. cada fotón tiene una energía proporcional a la
frecuencia de vibración del campo electromagnético que lo conforma. posteriormente, los experimentos de
millikan demostraron que la energía cinética de los fotoelectrones coincidía exactamente con la dada por la
fórmula de einstein. el punto de vista actual es aceptar el hecho de que la luz posee una doble naturaleza que
explica de forma diferente los fenómenos de la propagación de la luz (naturaleza ondulatoria) y de la interacción
de la luz y la materia (naturaleza corpuscular). esta dualidad onda/partícula, postulada inicialmente únicamente
para la luz, se aplica en la actualidad de manera generalizada para todas las partículas materiales y constituye uno
de los principios básicos de la mecánica cuántica.

III.II PROPAGACIÓN RECTILÍNEA DE LA LUZ.

La luz se propaga con una trayectoria rectilínea y con una velocidad constante en cada medio. Cuando incide en
un objeto se comporta de muy diversas maneras, según esto podemos encontrarnos los siguientes casos:

 Reflexión
 Refracción
 Dispersión
 Difracción
 Transmisión
 Absorción
 Polarización

La luz se propaga a partir de las fuentes en todas las direcciones posibles. Se propaga a través de la atmósfera, y
aún donde no hay atmósfera y se sigue propagando indefinidamente mientras no se encuentre con un obstáculo
que le impida el paso. Además, la luz viaja en línea recta mientras no haya nada que la desvíe y mientras no
cambie el medio a través del cual se está propagando.
 IV. Espectro visible.
El espectro electromagnético es un GRUPO de energías, entre las que se encuentra la luz visible al ojo
humano, que es lo que podría definirse como espectro visible. La luz tal cual como identifican nuestros
ojos, es decir, el espectro visible, es una franja muy estrecha de energía electromagnética que abarca
desde los 4000 Å a los 7000 Å. Los valores de frecuencia inferior a los comprendidos en el espectro
visible, se conocen como rayos infrarrojos, y los superiores como ultravioletas. Existe una relación entre
la frecuencia y la longitud de onda de cualquier radiación electromagnética, que viene dada en función
de la velocidad de propagación de la luz en el medio material, esta es:

c

f
Donde
= longitud de onda de la radiación en metros.
f = frecuencia de la radiación en Hz.
c = velocidad de propagación de la luz en el medio material, para el vacío tiene un valor de 3·108
m/seg

V. Espectralidad continua y discontinua.

Con el análisis del espectro de la energía radiante se puede conocer la temperatura, composición y velocidad radial
de los objetos celestes. El calor informa de la temperatura. Los rayos espectrales oscuros o brillantes de los
elementos y el desplazamiento del espectro, hacia el IR o el UV, de la velocidad según el efecto Doppler. Los
espectros pueden ser de varios tipos, principalmente se dividen en continuos y discontinuos, estos últimos a su vez
se pueden clasificar en espectros de emisión y de absorción.

Espectro continuo es aquel que emite todas las longitudes de onda visibles. Los cuerpos incandescentes sólidos o
líquidos, así como los gases a muy alta presión y gran temperatura, dan un espectro continuo sin rayas. El espectro
continuo, también llamado térmico o de cuerpo negro, es emitido por cualquier objeto que irradie calor (es decir,
que tenga una temperatura distinta de cero absoluto = -273 grados Celsius). Cuando su luz es dispersada aparece
una banda continua con algo de radiación a todas las longitudes de onda. Por ejemplo, cuando la luz del sol pasa a
través de un prisma, su luz se dispersa en los siete colores del arco iris (donde cada color es una longitud de onda
diferente). Normalmente los gases son siempre espectros discontinuos, que a su vez pueden ser de dos tipos, de
absorción y de emisión. Los gases al hacerse luminosos emiten normalmente solo ciertas longitudes de onda
definidas, a esto es lo que se conoce como espectro discontinuo.

Los gases luminiscentes, a presiones o temperaturas más bajas, muestran rayas de emisión claras e
individualizadas, es lo que se conoce como espectro de emisión (discontinuo). Cada elemento químico emite su
propia serie de rayas, de modo que el espectro luminoso de cualquier gas, revela su composición química. El
espectro de absorción (discontinuo) se genera cuando la luz de cualquier cuerpo -que de suyo daría un espectro
continuo- atraviesa un gas a menor temperatura. En esta situación aparecen sobre el espectro continuo inicial del
cuerpo una serie de rayas oscuras (rayas de absorción o de Fraunhofer), precisamente en aquellas longitudes de
onda para las que el gas, radiante él sólo, habría generado rayas de emisión.

VI Reflexión, tipos de reflexión.

VI.I Reflexión.

la reflexión es un fenómeno que basicamente se produce cuando la luz choca contra la superficie de separación de
dos medios diferentes (ya sean gases como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está basada por la ley
de la reflexión.

cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor proporción según sus propias
características, la refleja, y gracias a este fenómeno podemos apreciarlas cosas.

VI.II Leyes de Snell para la reflexión.

La reflexión se podría definir como el cambio de LA dirección que se produce en un rayo de luz al encontrar unA
BARRERA, y en función de la superficie de ESTA BARRERA, es decir, si la superficie es especular, irregular, mate o
reflectante, la dirección que tomará el rayo de luz tendrá una dirección u otra. Esto no es algo aleatorio y está
definido por las leyes de Snell para la reflexión, estas postulan lo siguiente:

• El rayo incidente, la normal y, el rayo reflejado están contenidos en el mismo plano.

• El ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales.

θ1=θ r

VI.III Tipos de reflexión.

 Reflexión especular: si la superficie es brillante o pulida se produce la reflexión regular en la que toda la
luz sale en una única dirección. Este es el caso de los espejos y de la mayoría de las superficies duras y
pulidas. Al tratarse de una superficie lisa, los rayos reflejados son paralelos, es decir tienen la misma
dirección
 Reflexión difusa: si la superficie es mate la luz sale reflejada en distintas direcciones debido a la
rugosidad de la superficie. Es típica de sustancias granulosas como polvos.
 Reflexión extendida: es una combinación de reflexión difusa y reflexión especular. Tiene un componente
direccional dominante que es difundido parcialmente por irregularidades de la superficie.
  Reflexión mixta: es una combinación de reflexión difusa, reflexión especular y, reflexión extendida. Este
tipo de reflexión es el que se da en la mayoría de los materiales reales, predomina una dirección sobre
las demás, se da en superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etC
 Reflexión esparcida: es aquella que no puede asociarse con la Ley de Lambert ni con la Ley de la
Reflexión Regular

VII Refracción, Leyes de Snell, grados de desplazamiento.

VII.I Refracción.

La refracción es un fenómeno PRODUCIDA cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una
superficie de separación entre medios diferentes según la ley de la refracción. Esto se debe a que la velocidad de
propagación de la luz en cada uno de ellos es diferente. La refracción es el cambio que experimenta la dirección
de un rayo de luz al pasar de un medio transparente a otro de diferente densidad, como consecuencia de la
diferente velocidad de propagación en cada uno de estos medios.

VII.II Leyes de Snell para la refracción.

El fenómeno de la refracción está marcado por las leyes de Snell para la refracción, estas postulan lo siguiente:

 El rayo incidente, la normal y, el rayo reflejado están contenidos en el mismo plano.

 El producto del índice de refracción del medio incidente por el seno del ángulo de incidencia, es igual, al
producto del índice de refracción del medio de refracción por el seno del ángulo de refracción.

n1 ⋅sⅇn θ 1=n2 ⋅sⅇn θ 2

Donde:

n1 = índice de refracción del medio de incidencia.

θ1= ángulo de incidencia respecto a la normal.

n2 = índice de refracción del medio de refracción.

θ2= ángulo de refracción respecto a la normal.

VII.III Grados de desplazamiento.

Se considera grado de desplazamiento la mayor o menor desviación que se produce sobre el rayo incidente
respecto de la normal una vez que éste ha sido refractado. Este desplazamiento depende de la densidad óptica
relativa de las sustancias inicial y final, y del ángulo de incidencia y de la longitud de onda del rayo incidente.
Cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro, sufre un cambio de velocidad al que acompaña, si no entra
perpendicularmente, un cambio de dirección en su trayectoria, debido a la distinta velocidad de propagación que
tiene la luz en los diferentes materiales. El fenómeno de emergencia de roce se produce cuando el ángulo de
incidencia tiene un valor igual al conocido como ángulo crítico para la refracción. Se define como ángulo crítico
aquel a cuyo ángulo de incidencia corresponde un ángulo de refracción de 90º, en este caso el rayo incidente
emerge lo largo de la superficie de separación de los dos medios, produciéndose lo que se conoce como
emergencia de roce. El índice de refracción de un medio material se define como la relación que existe entre el
valor de la velocidad de propagación de la luz en el vacío y el valor de la velocidad de propagación de la luz en el
medio material. Se expresa del siguiente modo:

c
n=
v
Donde:

n = índice de refracción del medio material.

c = velocidad de propagación de la luz en el vacío.
v = velocidad de propagación de la luz en el medio material.

8.- Absorción, interferencia, difracción y polarización de la luz.

8.1.- Absorción de la luz.
8.2.- Interferencia de la luz.
8.2.a.- Interferencia constructiva.
8.2.b.- Interferencia destructiva.
8.3.- Difracción de la luz.
8.4.- Polarización de la luz.
9.- Magnitudes características.
9.1.- Energía luminosa (QV ).
9.2.- Potencia luminosa o flujo luminoso (PV).
9.3.- Intensidad luminosa (I).