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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