Espectrofotometría. Luz (dualidad y movimiento ondulatorio)

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Espectrofotometría.

Luz (dualidad y movimiento ondulatorio)

Desde tiempos muy remotos, al hombre le ha inquietado saber que es la luz y cuál es la causa por la que vemos las cosas. En la antigüedad sólo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Pitágoras señalaba en su teoría: la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas direcciones, choca contra los objetos y rebota de ello: cuando esto penetra en nuestros ojos, produce la sensación de ver el objeto del cual reboto. Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba: “la luz es emitida por los cuerpos en forma de rayos, éstos al entrar al ojo estimulaba el sentido de la vista”.

A finales del siglo XVII existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza una era la teoría corpuscular de Isaac Newton, quien señalaba: “la luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, dicha partícula al chocar con nuestra retina nos permite ver las cosas al recibir la sensación luminosa”. La otra era la teoría ondulatoria propuesta por el holandés Christian Huygens, quien opinaba que la luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido por eso su propagación es de la misma naturaleza que la de una onda.

Las dos teorías anteriores explican satisfactoriamente las tres características de la luz que se habían descubierto hasta entonces

1. Propagación rectilínea.
2. Reflexión.
3. Refracción.

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Radiación electromagnética.

Los estudios polarímetros de la luz llevados a cabo del siglo XIX habían puesto de manifiesto que la luz se propaga por ondas exclusivamente transversales, lo que constituía uno más de los factores que contravenían la existencia del llamado éter. En 1864 el físico escoces Jacob Maxwell enuncio su teoría electromagnética, según la cual las vibraciones de las ondas luminosas eran de forma transversal y a partir de ellas podía establecerse una relación fundamental entre luz y electricidad. Maxwell demostró que en un circuito eléctrico se producen ondas de naturaleza electromagnética en las que los vectores de las intensidades de los campos eléctricos y magnéticos se orientan en direcciones perpendiculares entre si (fig. 1). El vector de campo eléctrico E y el vector magnético H varían con el tiempo sobre el eje z mediante fases sinusoidales y ambos se encuentran en fase. En general, la dirección de vibración de la oscilación suele considerarse coincidente con la del vector de la electricidad mientras que la dirección del vector del vector magnético determina la orientación del plano de polarización.

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fig. 1

Características de la onda

El origen de una onda es un foco emisor que produce una perturbación que genera a su vez un cambio en la posición de equilibrio de un cuerpo o de una partícula, de manera que la perturbación se propaga en el medio a través del movimiento ondulatorio, que transporta la energía de un lugar a otro. Además, todos estos movimientos se caracterizan por ser periódicos y repetitivos, lo que hace posible describir con precisión el comportamiento de las vibraciones de un cuerpo o partícula, mediante magnitudes y conceptos como los siguientes: amplitud, frecuencia, período, longitud de onda, monte, valle, posición de equilibrio y rapidez de la onda.

La siguiente gráfica (fig.3) representa un movimiento ondulatorio en el que se indican sus partes. Entre ellas se pueden distinguir:

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fig. 2

Amplitud (A): es la máxima distancia que pueden separarse de su posición de equilibrio las partículas que están realizando un movimiento vibratorio.

Cresta o monte: es la posición más alta que adoptan las partículas del medio respecto de la posición de equilibrio.

Valle: es la posición más baja que adoptan las partículas del medio respecto de la posición de equilibrio.

Posición de equilibrio: es una línea imaginaria que representa el estado de equilibrio de las partículas en un medio cualquiera, a partir del cual oscilan.

Período(T): es el tiempo que demora una partícula en hacer una oscilación completa. Se mide en metros [s].

Frecuencia(f): es el número de oscilaciones que realiza una partícula en un segundo de tiempo. Se mide en Hertz (Hz).

Longitud de onda: es la distancia que recorre la onda en un ciclo. En el sistema internacional, se mide en metros [m]. También puede medirse en kilómetros, nanómetros o en cualquier otra unidad de longitud.

Rapidez de la onda(v): es la rapidez con que se propaga la onda. se define como el cuociente entre la longitud de onda de la onda y el período de ésta. Se mide en [m/s].

La relación matemática es: v = longitud de onda /T o  bién v = longitud de onda * f

Espectro electromagnético

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo (fig. 3)

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fig. 3

Rango de espectro

Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioletas, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta.

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