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33.3 Espectro electromagnético 647 un reloj de cesio. Esta definición estableció la velocidad exacta de la luz como una constante universal igual en el valor dado en la ecuación (33.2). Aproximaciones útiles son 3 X 108 m/s y 186 000 mi/s. Estos valores se pueden utilizar en la mayoría de los cálculos físicos sin temor a cometer un error significativo. Espectro electromagnético Actualmente, se sabe que el intervalo de frecuencias del espectro electromagnético es enorme. En la figura 33.7 se presenta un esquema de dicho espectro. La longitud de onda A de la radiación electromagnética está relacionada con su frecuencia / mediante la ecuación general La energía más baja de la luz visible se encuentra en el rojo. Debido a los fotones de energía baja del rojo, es menos probable que ocurran reacciones químicas no deseadas en la película expuesta con rojo que con otros colores. Ésta es la razón por la que la luz roja se usa en los cuartos oscuros fotográficos. cXfX (33.3) donde c es la velocidad de la luz (3 X 108 m/s). En términos de longitudes de onda, el minúsculo segmento del espectro electromagnético conocido como región visible comprende de 0.00004 a 0.00007 cm. Debido a las pequeñas longitudes de onda de la radiación luminosa, es más conveniente definir unidades de medida menores. Una unidad común es el nanómetro (nm). Un nanómetro (1 nm) se define como la milmillonésima parte de un metro. 1 nm = 10"9m = 10“7 cm La región visible del espectro electromagnético se extiende desde 400 nm para la luz violeta hasta aproximadamente 700 nm para la luz roja. Otras unidades antiguas son el milimicrón (m/x), que es igual al nanómetro, y el cingstrom (A), que es igual a 0.1 nm. Figura 33.7 Espectro electromagnético.
648 Capítulo 33 Luz e iluminación Ejemplo 33.1 ' | La longitud de onda de la luz amarilla de una llama de sodio es de 589 nm. Calcule su frecuencia. Solución: La frecuencia se calcula a partir de la ecuación (33.1). c _ 3 X 108 m/s A _ 589 X 10"9 m = 5.09 X 1014 Hz Newton fue el primero en estudiar detalladamente la región visible dispersando la “luz blanca” a través de un prisma. En orden de longitudes de onda crecientes, los colores del espectro son: violeta (450 nm), azul (480 nm), verde (520 nm), amarillo (580 nm), anaranjado (600 nm) y rojo (640 nm). Quien haya visto un arco iris se ha dado cuenta de los efectos que tienen diferentes longitudes de onda de la luz sobre el ojo humano. El espectro electromagnético es continuo; no hay separaciones entre una forma de radiación y otra. Los límites establecidos son arbitrarios y dependen de nuestra capacidad para percibir directamente una pequeña porción y para descubrir y medir las porciones que quedan fuera de la región visible. El primer descubrimiento de radiación con longitudes de onda mayores que las correspondientes a la luz roja fue hecho por William Herschel en 1800. Estas ondas actualmente se conocen como radiación térmica y se les llama ondas infrarrojas. Poco después del descubrimiento de las ondas infrarrojas, se observó también la radiación de longitudes de onda más cortas que la luz visible. Estas ondas, ahora conocidas como ondas ultravioleta, se descubrieron por su relación con el efecto que tienen sobre ciertas reacciones químicas. La extensión de la región infrarroja con mayores longitudes de onda no se conoció en la mayor parte del siglo ke. Por fortuna, la teoría electromagnética de Maxwell abrió la puerta al descubrimiento de muchas otras clasificaciones de radiación. El espectro de las ondas electromagnéticas en la actualidad se ha dividido por conveniencia en ocho regiones principales, que aparecen en la figura 33.7: (1) ondas largas de radio, (2) ondas cortas de radio, (3) la región infrarroja, (4) la región visible, (5) la región ultravioleta, (6) rayos X, (7) rayos gamma y (8) fotones cósmicos. La teoría cuántica Los trabajos de Maxwell y de Hertz respecto al establecimiento de la naturaleza electromagnética de las ondas de luz fueron en realidad uno de los hechos más trascendentes en la historia de la ciencia. No sólo explicaron la naturaleza de la luz, sino que dieron paso a una enorme variedad de ondas electromagnéticas. Resultó sorprendente que tan sólo dos años después de que Hertz verificara las ecuaciones de onda de Maxwell, la teoría ondulatoria de la luz haya tenido que enfrentar un nuevo reto. En 1887, Hertz observó que una chispa eléctrica podía saltar más fácilmente entre dos esferas cargadas cuando sus superficies estaban iluminadas por la luz que provenía de otra chispa. Este fenómeno, conocido como efecto fotoeléctrico, se demostró mediante el aparato que se muestra en la figura 33.8. Un haz de luz incide sobre la superficie metálica A en un tubo al vacío. Los electrones emitidos por la luz son enviados al colector B por medio de baterías externas. El flujo de electrones se detecta mediante un dispositivo llamado amperímetro. El efecto fotoeléctrico es un desafío para la explicación en términos de la teoría ondulatoria. En realidad, la emisión de electrones puede explicarse más fácilmente a través de la antigua teoría corpuscular. Sin embargo, tampoco quedaban dudas acerca de las propiedades ondulatorias. La ciencia se enfrentó a una paradoja sorprendente. El efecto fotoeléctrico, junto con otros experimentos que incluían la emisión y absorción de energía radiante, no podía explicarse únicamente mediante la teoría de las ondas electromagnéticas de Maxwell. En un esfuerzo por lograr observaciones experimentales que apoyaran la teoría, Max Planck, un físico alemán, publicó su hipótesis cuántica en 1901. El encontró que los problemas con la teoría de la radiación se basaban en la suposición de que la energía radiaba en forma continua. Se postuló que la energía electromagnética se absorbía o emitía en paquetes
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Física, conceptos y aplicaciones S
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Máquinas simples Las máquinas sim
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