Naturaleza de la luz


Naturaleza de la luz


En la década de 1700 había dos teorías sobre la naturaleza de la luz. Una teoría, propuesta por Sir Isaac Newton, sugirió que la luz consistía en una corriente de partículas diminutas llamadas corpúsculos. La otra teoría, propuesta por Christiaan Huygens, explicó que la luz consistía en ondas. ¿Quién tenía razón? Pues la mayoría de la evidencia apuntaba a las ondas, pero había algo más en la historia.

ISAAC NEWTON

Por el 1800 los científicos aceptaban la teoría ondulatoria de la luz debido a los trabajos realizados por Thomas Young y James Clerk Maxwell. Ambos hombres fueron capaces de demostrar que la luz difracta, y junto con Maxwell, desarrollaron cuatro fórmulas famosas que explican el comportamiento de la luz como una onda. Así, la teoría de las ondas se convirtió en la teoría predominante.

Sin embargo, a principios de 1900 es el trabajo de Max Planck, Arthur Compton, y Albert Einstein demostró que la luz tiene propiedades también de partículas. Hoy en día se acepta un concepto de la dualidad onda-partícula de la luz.

La luz como onda

Al encender un fuego en una chimenea se ve y se siente la radiación electromagnética. El fuego da luz (radiación visible) y calor (radiación térmica). Ambos tipos de radiación en forma de ondas electromagnéticas y cada uno tiene partículas de energía. Por lo tanto, tenemos que comprender las propiedades de  la partícula y la onda.

Fenómenos como los colores de las burbujas de jabón, la película de aceite y el arco iris se explican mejor cuando la luz es considerada como una onda. Por lo tanto, vamos a ver los componentes de una onda.

Una onda electromagnética se compone de una onda eléctrica y una onda magnética que viajan juntas en ángulos rectos entre sí. La distancia entre máximos adyacente de la onda electromagnética es la longitud de onda (λ) y la mitad de la distancia de un máximo a un mínimo es la amplitud. El número de ciclos (máximo) que pasan a través de un punto de una determinada cantidad de tiempo se conoce como la frecuencia (ν) y un hertz (Hz) se define como un ciclo por segundo.

El espectro

A diferencia de otros tipos de ondas, las ondas electromagnéticas no necesitan un medio para viajar, las ondas electromagnéticas pueden moverse a través de un vacío a 3,00 x 108 m/s, “la velocidad de la luz”. Se sabe que la velocidad de cualquier onda es el producto de la longitud de onda y la frecuencia, y puesto que la velocidad de la luz es constante, la longitud de onda (λ) y frecuencia (ν) debe ser inversamente proporcional.

  • A longitud de onda más corta, mayor es la frecuencia.
  • Cuanto mayor sea la longitud de onda, menor será la frecuencia.

La gama de longitudes de onda de radiación electromagnética se llama espectro electromagnético y se extiende de longitudes de onda muy cortas (rayos cósmicos) a longitudes de onda muy largas (ondas térmicas), la radiación electromagnética visible (luz blanca) es una región muy pequeña del espectro electromagnético que se extiende desde 750 nm a aproximadamente 350 nm.

La luz visible se puede dividir en sus componentes de longitud de onda pasándola a través de un prisma. El prisma dobla la luz (refracción) cuando la luz pasa a través y produce una gama completa de colores (longitudes de onda) , lo que se llama un espectro continuo.

Toda la luz se puede separar en componentes de longitud de onda utilizando un espectrómetro, pero no toda la radiación crea un espectro continuo.

La luz como una partícula

Aunque la teoría ondulatoria de la luz parecía responder a muchas de las cuestiones relativas a la luz, había ciertos fenómenos que no podía explicarse por esta idea. Fenómenos como el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton apuntaban a la posibilidad de ser una partícula de luz.

Luego, en 1900, el físico alemán Max Planck, sugirió que la luz no era un flujo continuo de energía, sino que consistía en pequeños paquetes de energía (quanta) que se utilizan en cantidades de números enteros (cuantificada).

Planck desarrolló una ecuación para apoyar su teoría cuántica utilizando los datos que recoge de estudiar la frecuencia y la energía de diferentes longitudes de onda. Mediante la comparación de las frecuencias y energías de las longitudes de onda, Planck no sólo se dio cuenta de que eran directamente proporcionales pero él fue capaz de calcular el valor de la constante de proporcionalidad (la constante de Planck).

El efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico fue un fenómeno que se fue descrito por primera vez por Thomas Edison y, a veces se llama el efecto Edison en su honor. Este efecto se produce cuando la luz incide sobre la superficie de un metal limpio y los electrones son expulsados ​​de la superficie.

En 1905, Albert Einstein utilizó la teoría cuántica para ayudar a explicar el efecto fotoeléctrico y mostrar que la radiación electromagnética tiene propiedades de las partículas también. A partir de su propia ecuación E = mc2 y luego sustituyendo la ecuación de Planck de la energía, Einstein fue capaz de demostrar que un cuanto de energía tiene masa. De hecho, la mayor es la energía de la mayor es la masa y cuanto más era como una partícula.

Dualidad onda-partícula

Quantos, ahora llamados fotones, dan luz a las propiedades de las partículas. El fotón es un “trozo” específico de energía directamente proporcional a su frecuencia, inversamente proporcional a su longitud de onda y sólo puede ser absorbido o liberado en cantidades enteras. Cuando la energía es alta la longitud de onda es corta y el fotón actúa como una partícula, pero cuando la energía es baja las longitudes de onda son largas y el fotón actúa como una onda.

Fuente por Darrell Causey