Espectro Electromagnético y Mecánica Cuántica: Fundamentos y Aplicaciones
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Espectro Electromagnético
El espectro electromagnético es el conjunto de ondas electromagnéticas clasificadas según su frecuencia y longitud de onda. Sus aplicaciones varían en muchos campos:
- Química: para la determinación estructural.
- Física: en aparatos electrónicos, antenas, radios, móviles, microondas.
- Medicina: radiografías.
- Biología: desinfección, rayos ultravioleta, radioterapias.
Hay dos tipos de espectros:
- De emisión: basados en la energía emitida.
- De absorción: basados en la energía absorbida.
Gracias al espectro electromagnético existen los fenómenos de la dispersión de la luz y el color.
Dispersión de la Luz
La luz blanca está constituida por un conjunto de ondas monocromáticas (es decir, con una longitud de onda concreta). Si la luz blanca incide sobre un material refractante, cada onda monocromática se refractará en un ángulo diferente según su longitud de onda, dando lugar a la dispersión de la luz.
Nota: La portada del álbum "The Dark Side of the Moon" de Pink Floyd es una representación icónica de la dispersión de la luz a través de un prisma.
Color
Al incidir un haz de luz sobre un material, parte se refleja, parte se absorbe y parte se refracta. Las longitudes de onda correspondientes a la parte reflejada son las responsables de la percepción del color por el ojo.
Mecánica Cuántica
La mecánica cuántica es un modelo que explica la estructura atómica desde un punto de vista probabilístico. Es el fenómeno que impulsó el desarrollo de la medicina gracias a la radiación electromagnética, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos.
Cuerpo Negro
Un cuerpo negro es el absorbente perfecto, es aquel cuerpo que absorbe toda la radiación electromagnética que le llega. También es un buen emisor de energía.
Poder emisivo: es la energía emitida por unidad de tiempo y de superficie, y se representa por R.
R = t.u (área)
Ley de Stefan-Boltzmann
La energía total que un cuerpo negro irradia por unidad de tiempo y superficie es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.
R = σT4
Ley de Desplazamiento de Wien
La longitud de onda, para la cual la irradiancia es máxima a una temperatura (T) dada, verifica que:
λ = a/T, donde a = λT
a = constante = 3 x 10-3
Hipótesis Cuántica de Planck
Al interaccionar con un medio, la luz se comporta como corpúsculo, emitiendo una energía que es múltiplo de la constante de Planck y de la frecuencia de la onda. Los corpúsculos se llaman fotones:
E = n.h.f (h = 6,63 x 10-34)
Efecto Fotoeléctrico
Cuando una determinada radiación electromagnética incide sobre un metal, se puede producir una emisión de electrones. Al producirse la emisión de electrones, se genera cantidad de movimiento, siendo esto incompatible con que la luz se comporte exclusivamente como onda.