Dispersion de la luz(1)

estas presentaciones muestran las distintas fuentes de luz, ya sean naturales, artificiales, sus valores medibles como intensidad-flujo,etc. ademas de la evolucion de la luz artificial en funcion a las necesidades humanas. sus aplicaciones diversas en salud, medicina, comunicaciones, el espectro electromagnetico, y 3el estudio de los fenomenos de la dispersion en la naturaleza y laboratorio.

1. DISPERSIÓN DE LA LUZ Ing. MELVIN GUSTAVO BALLADARES ROCHA

2. Introducción La luz que procede del sol la llamamos luz blanca. En realidad la luz blanca es una mezcla de luces de diferentes colores Cuando observamos el arco iris, podemos ver los colores que componen la luz blanca Este fenómeno, conocido como dispersión , se produce cuando un rayo de luz compuesta se refracta en algún medio quedando separados sus colores constituyentes

3. Cuerpos luminosos naturales

4. El sol El espectro completo de radiaciones electromagnéticas provenientes de la estrella central de nuestro Sistema Sola r. 93 lúmenes .

5. La metabolización de la vitamina D. funcionamiento biliar y pancreático La liberación del óxido nítrico. regulación del tono vascular. La producción de colecalciferol. Cuerpos luminosos naturales

6. a) Lúmenes = Salida de luz. Los lúmenes (lm) son una medida de la cantidad total de luz visible (a simple vista) de una lámpara o fuente de luz. Cuanto más alto el número de lúmenes las bombilla o lámpara es más «brillante». Unidad en el SI Como se mide la luz

7. Iluminación recomendada por ambientes

8. Lux (lx): nivel de iluminancia o flujo luminoso , cantidad de luz en 1 m2. 1 l x = 1 lm / 1 m2 Candela (cd), la intensidad luminosa en una dirección dada

9. proporciones diferentes a las presentes en la radiación solar, a pesar de que se pretende replicar la luz del sol. Fuente artificial IR

10. Tipos de luces Envoltura, ampolla de vidrio o bulbo. Gas inerte . (Comúnmente: Argón ). Filamento de tungsteno. Hilo de contacto (va al pie, al extremo del casquillo). Hilo de contacto (va a la rosca del casquillo). Alambre(s) de sujeción y disipación de calor del filamento. Conducto de refrigeración y soporte interno del filamento. Base de contacto. Casquillo metálico. Aislamiento eléctrico. Pie de contacto eléctrico.

11. Halógena Evolucion lámpara incandescente filamento de Wolframio dentro de un gas inerte y una pequeña cantidad de halógeno (como yodo o bromo ). El filamento y gases en equilibrio químico , mejorando rendimiento del filamento y aumentando su vida útil . El vidrio se sustituye por un compuesto de cuarzo , que puede soportar la elevada temperatura de 250 º C (482 º F )​ necesaria para que se produzca el ciclo halógeno (lo que además permite lámparas de tamaño mucho menor, para potencias altas). Algunas de estas lámparas funcionan a baja tensión (por ejemplo 12 voltios ), por lo que requieren de un transformador para su funcionamiento. La lámpara halógena tiene un rendimiento un poco mejor que la incandescente (18 ... 22 lm/W) y su vida útil se aumenta hasta las 2000 y 4000 horas de funcionamiento.

12. fluorescente Las lámparas fluorescentes son lámparas de descarga de vapor de mercurio a baja presión. Producen radiaciones UV por el efecto de descarga que activa las sustancias fluorescentes que contiene y transforma la radiación UV en radiación visible. Las longitudes de onda dependen de la composición química de la capa de fósforo que recubre su interior. Aunque exista esta variación, los tubos fluorescentes blancos tienen en común un pico de emisión para las longitudes de onda cortas (azul), medias (verde) y largas (rojo) del espectro visible, como se puede observar en la figura 3. La suma de estos tres colores es percibida por el ojo humano como luz blanca

13. Luz led LED azul, que tiene un pico de emisión alrededor de 450-470 nm, que es la zona más energética dentro del espectro visible. Para obtener la luz percibida como blanca por el ojo, este LED azul se combina con un recubrimiento de fósforo amarillo, que al ser atravesado por la luz azul completa el espectro visible blanco.

14. Aplicaciones luz artificial

15. 1310 nm o 1550 nm en fibra optica Velocidad de la luz 300 000 km/seg

16. Project Taara Ni fibra óptica ni ondas, Google está utilizando rayos de luz para transmitir datos y ofrecer Internet . 20 Gbps de velocidad. 20 kilómetros de distancia

17. Aplicaciones luz natural

18. Frecuencias en bolivia 2G : 1900 MHz. 3G : 850 y 1900 MHz 4G : ENTEL : 700 MHz, 1700 MHz (BC12, BC13, BC17, BC28, BC44). Por otra parte,  Tigo y Viva 1700 MHz, 2100 MHz (B4) y 700 MHz (B17)

19. El espectro UV es una banda energías más altas que la luz visible, dividida en cuatro categorías principales: UV-A (400 – 315 nm), UV-B (315 – 280 nm), UV-C (280 – 200 nm ), y vacío UV (VUV, 100-200 nm). La capa de ozono bloquea parte de la radiación UVC llegue a la Tierra. Los rayos UV-B son absorbidos en un 90 por ciento por diferentes elementos a medida que atraviesan el cielo, los rayos UV-A logran llegar a gran parte de la superficie terrestre, mientras

20. Àplicaciones de UVC Desde el desarrollo en laboratorio en 1878, la UVC se ha convertido en un método básico de esterilización, ya que pueden infringir daño a todo tipo de microorganismos, entre ellos bacterias, protozoos, hongos y hasta virus. Su uso como desinfectante de agua, aire y diversas superficies está respaldado por investigación científica desde hace décadas. En el campo de la medicina, la radiación UVC se usa para eliminar gérmenes o para ayudar a cicatrizar heridas. Incluso lo utilizan actualmente en desinfección CON TRA EL COVID

21. INDICE DE REFRACCION Es la relación que existe entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en un medio determinado Aire 1,00 Agua 1,33 Aceite 1,45 Vidrio para botellas 1,52 Vidrio Crown ligero 1,54 Vidrio Flint ligero 1,58 Cristalino 1,44 Cuarzo 1,54 Diamante 2,42 Nailon 66 1,53 INDICE DE REFRACCIÓN DE ALGUNAS SUSTANCIAS n = índice de refracción c = velocidad de la luz en el vacío. v = velocidad de la luz al pasar a otro medio El índice de refracción del aire se puede tomar como 1 ya que la velocidad de la luz en el aire es igual que en el vacío.

22. Dispersion de la luz La dispersión de la luz es el fenómeno por el cual distintas longitudes de onda se refractan con ángulos distintos al atravesar medios materiales. Arco Iris El arcoíris es quizás el ejemplo más conocido de dispersión que se da en la naturaleza de forma natural. En este apartado vamos a desvelar algunas claves para que puedas entender por qué se produce este fenómeno. En el caso del arco iris , la luz se dispersa al atravesar las gotas de agua, que se comportan como un prisma óptico.

23. El ángulo que forman los rayos del arco iris y la luz solar incidente fue medido por primera vez en 1266 por Roger Bacon. Obtuvo un resultado de unos 42 grados; el arco secundario está unos ocho grados más alto en el cielo. Hoy día se acostumbra medir esos ángulos en la dirección opuesta, atendiéndose al cambio total de dirección de los rayos procedentes del Sol. El ángulo del arco primario mide, por tanto, 180 menos 42, es decir, 138 grados; se trata del llamado ángulo del arco iris. El ángulo del arco secundario mide 130 grados.

24. Sabemos que la velocidad de la luz en el vacío es constante e independiente de su longitud de onda. Sin embargo, su velocidad en cualquier otro medio distinto del vacío sí que depende de la longitud de onda que tenga. Esta dependencia se debe a las estructuras moleculares de los materiales y es la responsable de que, en última instancia, el índice de refracción dependa de la longitud de onda.

25. Dispersión relativa La dispersión cromática indica la mayor o menor desviación que puede experimentar la trayectoria de la luz en función de su color, es decir de su longitud de onda al atravesar un determinado medio. D = dispersión donde ;

26. La dispersioon media es la diferencia entrre los indices de refracion de las rayas F y C de franunhofer. El poder dispersivo es una caracteristica importante de cualquier material optico y varia considerablemente para los diferentes materiales.

27. NUMERO ABBE La medida de la dispersión se expresa por medio del numero de Abbe, y es la habilidad del material para dispersar la luz. En física , y más concretamente, en óptica , el número de Abbe de un material transparente es una cantidad adimensional que surge al comparar el índice de refracción del material a distintas frecuencias. Recibe este nombre en honor del físico alemán Ernst Abbe ( 1840 – 1905 ) que lo definió. En concreto, el número de Abbe, V , de un material se define como: donde n D , n F y n C son los índices de refracción del material a las longitudes de onda correspondientes a las líneas de Fraunhofer D-, F- y C- (587.6 nm , 486.1 nm y 656.3 nm respectivamente).

28. Clasificación de materiales transparentes Los números de Abbe se usan para clasificar vidrios y otros tipos de materiales transparentes: materiales con baja dispersión tendrán un número de Abbe grande; cuanto mayor sea el número de Abbe, mejor será la calidad de la lente. Una buena lente suele corresponder a valores de V superiores a 40. Valores más bajos, en torno a 20 corresponden a vidrios flint muy densos, y alrededor de 30 a policarbonato . Por tipos de vidrio, el vidrio flint tiene valores de V < 50, mientras que para el vidrio crown V >50. La clasificación de los materiales se realiza por medio de un diagrama de Abbe , en que cada material viene representado por un punto de una gráfica del número de Abbe frente al índice de refracción.  

29. Aberración cromática Si se ilumina la lente con un haz de luz blanca, habrá un punto focal para la luz de color violeta, a continuación un punto focal para la luz de color azul y así hasta llegar a un punto focal para la luz de color rojo. Ya que la designación de longitudes de onda como rojo, amarillo, azul es bastante imprecisa, se acostumbra especificar líneas espectrales cuyas longitudes de onda se conocen con precisión. Las líneas de Fraunhofer sirven como marcas de referencia dentro del espectro visible.

30. Lente puede presentar de dos formas: longitudinal y transversal. La longitudinal es la variación de posición de la imagen según la longitud de onda incidente. La transversal es la formación de imágenes de distinto tamaño para cada longitud de onda, ésta el usuario la percibirá como halos coloreados alrededor de la imagen, como contornos de arco iris en los objetos vistos a través de la periferia de los lentes y puede afectar la agudeza visual

31. La Aberración Cromática Transversal (ACT) en los lentes oftálmicos esta medida en dioptrías prismáticas y está dado por: ACT = P / V Donde P es el efecto prismático en el punto visual oblicuo en el lente y V es el valor Abbe del material usado. Ahora, como P = cF se puede escribir: ACT = cF / V La cantidad de ACT producida por un lente oftálmico depende de tres factores: 1. El poder del lente (F en dioptrías D). 2. La distancia desde el centro óptico hasta el punto visual oblicuo (c en cm). 3. El valor ABBE del material usado.

32. Líneas de Fraunhofer Espectro de cielo azul. Las entalladuras están presentes en las longitudes de onda de la línea Fraunhofer. En física y óptica , las líneas de Fraunhofer 1 ​ son un conjunto de líneas espectrales nombradas en honor al físico alemán Joseph von Fraunhofer ( 1787 - 1826 ) que fue el primero que las estudió. Las líneas se observaron originalmente como bandas oscuras en el espectro solar . óptica , las líneas de Fraunhofer 1 ​ son un

33. El color no es algo que dependa únicamente del objeto. También depende de la luz blanca, esta formada por rayos de todos los colores

34. Los tomates rojos son de color rojo, cuando se les ilumina con luz blanca, porque absorven las diferentes longitudes de onda del blanco y reflejan el rojo.

35. Un objeto lo veremos de color verde cuando refleje la luz de color verde y absorbe los demás

36. Un objeto lo veremos de color blanco cuando refleje luz de todos los colores sin absorber ninguno.

37. Un objeto lo veremos de color blanco cuando refleje luz de todos los colores sin absorber alguno.

38. Un objeto lo veremos de color negro cuando absorba la luz de todos los colores sin reflejar ninguno.

39. Ejemplos El fenómeno de la dispersión fue explicado por primera vez por Newton, a quien debemos el conocido prisma de Newton . Prisma de Newton Al incidir luz blanca incide sobre el prisma, las longitudes de onda más cortas (el violeta) se desviará más que las más largas (el rojo). De esta manera Newton demostró que, en contra de la creencia de la época, los colores de las sustancias no provenían del interior de las mismas, sino que se debían a la descomposición de la luz blanca. Por otro lado, como hemos comentado al comienzo de este apartado, los arcoiris tiene su fundamento físico en la dispersión.

40. Prisma de Newton Al incidir luz blanca incide sobre el prisma, las longitudes de onda más cortas (el violeta) se desviará más que las más largas (el rojo). De esta manera Newton demostró que, en contra de la creencia de la época, los colores de las sustancias no provenían del interior de las mismas, sino que se debían a la descomposición de la luz blanca. Por otro lado, como hemos comentado al comienzo de este apartado, los arcoiris tiene su fundamento físico en la dispersión, como se pone de relevancia en la siguiente imagen:

41. Descomposicion y angulos

42. Cd y emisor de luz

43. En resumen el CD se puede considerar una regjilla de difraccion, que permite obtener el espectro de la luz reflejada sobre el por ende cada tipo de fuente luminosa produce un espectro diferente. A modo de ejemplo, la fotografia adjunta muestra el espectro de colores p0roducido por un CED ilumiado en el laboratorio por la luz blanca de una bolibilla incandescente.

44. Dispersión con un lente polarizado Colocando una lámina polarizadora sobre la pantalla (encendida) de un ordenador o de un teléfono móvil observaremos que en una posición deja  ver a su través pero si la giramos 90º se produce la oscuridad.

45. Experimento recomposición de la luz blanca El disco de Newton es un dispositivo atribuido a Isaac Newton , consistente en un círculo con sectores pintados en colores, rojo , anaranjado , amarillo , verde , cian , azul , y violeta . Al hacer girar el disco a gran velocidad, se ven los colores combinados formando el color blanco . Con este dispositivo se demuestra que el color blanco está formado por los siete colores del arcoíris .

46. Refracción luz solar en gota de agua La gota de agua sirve de dispersor de las distintas longitudes de onda de la luz solar a partir de una doble refracción y una reflexión. Dicha reflexión provoca que el color superior sea el violeta en lugar del rojo, como en el caso del prisma. Para poder observar el arco iris el Sol debe estar en nuestra espalda. En la fibra óptica la dispersión causa que la señal transmitida, que es en definitiva un pulso de luz, se degrade con la distacia debido a las distintas velocidades de las distintas componentes de la luz. El fenómeno de la dispersión es ampliamente utilizado en espectroscopia . La espectroscopia es una técnica de análisis que consiste en el estudio de las distintas componentes de la radiación electromagnética que emiten o absorben los cuerpos en ciertas condiciones. Al conjunto de componentes monocromáticos obtenido se le denomina espectro . Así, cada elemento químico presenta un espectro característico cuando es excitado. El estudio de este patrón permite, por ejemplo, descubrir la composición de estrellas o planetas.

47. Existen dos tipos de espectros: De emisión : La sustancia a estudiar se excita (mediante una descarga eléctrica o un calentamiento, por ejemplo) y la energía comunicada es devuelta en parte en forma de radiación electromagnética con frecuencias características para cada elemento. Para estudiar dicha radiación se usan prismas que separen claramente cada una de las componentes de frecuencias de la radiación De absorción : La sustancia a estudiar absorbe parte de la radiación electromagnética que le llega y la radiación sobrante se descompone igualmente en un prisma para estudiar las frecuencias ausentes

48. Espectros de emisión y absorción respectivamente del hidrógeno Observa como las componentes emitidas en el de emisión son justamente las que faltan en el de absorción.

49. Simulacion dispersion El siguiente simulador muestra la dispersión de la luz al atravesar un prisma de vidrio La causa de que se produzca la dispersión es que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la longitud de onda de modo que las longitudes de onda más largas (rojo) se desvían menos que las cortas (azul).

50. El fundamento de la dispersión de la luz blanca radica en que las distintas radiaciones que componen la luz natural viajan en el vacío con la misma velocidad, mientras que en el vidrio lo hacen con velocidades distintas. A cada frecuencia componente de la radiación luminosa le corresponde un índice de refracción diferente, y por ello sufren distintas desviaciones. El ángulo de desviación de la luz refractada es mayor cuanto mayor es la frecuencia. Conclusiones

51. La velocidad de la luz en una substancia es distinta para cada longitud de onda λ, porlo que el índice de refracción, como se ha visto, también será función de λ: n=n( λ ). La formade esta dependencia ha de ser determinada para cada medio por métodos teóricos o experimentales. Diferenciando esa expresión: A dn/d λ se le denomina dispersión espectral del medio o dispersión cromática .

52. Para caracterizar los vidrios ópticos, existe el convenio de tomar unas longitudes de onda tipo, pertenecientes a los espectros atómicos de ciertos elementos y dar los índices de refracción correspondientes. Algunas de esas longitudes de onda de referencia se listan en latabla

53. Demostración color Longitud de onda (nm) Indice de refraccion Rojo 640 1.50917 Amarillo 589 1.51124 Verde 509 1.51534 Azul 486 1.51690 violeta 434 1.52136 Como se sabe la luz tiene una velocidad constante en el aire de : c= 300.000 (km/seg) y un indice de refraccion n=1.00

54. Indices de refraccion de distintos materiales sustancia Índice de refracción Velocidad en (Km/seg) Agua 1.333 224.900 Aire 1.003 299.912 Benceno 1.501 199.866 Etanol 1.361 220.426 Vidrio 1.58 189.873 Cuarzo 1.544 194.300 Hielo 1.309 229.182 Diamante 2.419 124.018 Cloruro de sodio 1.53 194.670 Acetona 1.36 220.435 alcohol 1.003 220.453

55. 45º a b c h b h d r2 r1 Como se sabe la luz tiene una velocidad constante en el aire de c= 300.000 (km/seg) y un índice de refracción n=1.00 Usando la ley de snell : n1=1.00, n2=1.5092 angulo del rayo incidente = 45º Luego: n1*Sen 45º = n2*Sen a => a = arcSen ((n1/n2)*Sen 45º) = 28º Luz blanca n1=aire= 1.00 n2=prisma de vidrio= variable respecto al color n3=aire= 1.00

56. Del prisma de la figura tomamos en cuenta ángulos complementarios, ángulos que se repiten por paralelismo o por vértices opuestos a continuación: a = 454 -28= 17º b = 180 -75º = 105º c = 180 – a –b = 180 – 17 – 105 = 58º c+ d = 90º D d = c -90 = 32 º => por snell n2*Sen32 º = n3 * Sen r2 n2 = variable en función de los colores en la tabla siguiente: n3 = aire = 1.00 hallaremos valores de r2 para cada color. r2=ArSen ((n3/n2) * Sen 32º))

57. color n Sen r2 r2 Rojo 1.50917 0.79997 53.1 Amarillo 1.51124 0.8008 53.2 Verde 1.51534 0.8030 53.42 Azul 1.51690 0.8038 53.5 violeta 1.52136 0.8062 53.73 La luz roja es la que menos Angulo de refracción tiene por ende menor desviación. La luz violeta la que mayor Angulo de refracción por lo que tiene mayor desviación.

58. Gracias ¡¡¡¡