Análisis de las fuentes de radiación de luz

in #stem-espanol6 years ago

La diversidad de fuentes de luz

¡Hola!

Hace unos años atrás cuando estudiaba los fenómenos físicos de la luz: difracción, reflexión, dispersión y refracción, en mis clases de bachillerato quedaba deslumbrado con la parte experimental al observar cómo se descomponía la luz blanca en varios colores, pues ayer, mientras observaba un atardecer espectacular de color rojo se vino a mi memoria lo aprendido en las clases de Física. Sin embargo, surgen varias preguntas de un hecho tan cotidiano como un atardecer, como por ejemplo: ¿por qué si nos dicen que el Sol es amarillo, pude ver este atardecer de color rojo?, en el experimento de descomposición de un haz de luz, ¿por qué se usa una fuente de luz blanca? y ¿por qué un apuntador láser solamente emite un determinado color?. En este post quisiera compartir en la gran comunidad #stem-espanol algunas características de las
fuentes de luz
y los avances científicos y tecnológicos que se han desarrollado en esta área.

Atardecer y sus colores, por @azulear

El origen de este tipo de coloración en el cielo durante un atardecer tiene que ver con el fenómeno de dispersión de la luz al colisionar con las partículas y moléculas presentes en la atmósfera, frecuentemente es de color azul durante el día y al caer la tarde y esconderse el Sol, la luz viaja mayor distancia y aparece el color rojo que tiene una longitud de onda mayor que el color azul.

Tipos de fuentes de luz

La fuente de iluminación de luz blanca más natural que se conoce es la que proviene del Sol, a parir de la mezcla de todas las longitudes de ondas en el rango del espectro visible. De manera artificial, se utilizan bombillos fluorescentes o diodos LED como fuentes de luz blanca para incidir sobre un prisma de difracción y descomponer este tipo de luz blanca en la gran variedad de colores que se observa en la siguiente figura.

Prisma de difracción para descomposición de la luz, | Spigget

De tal manera, tenemos bien definido el origen de la
LUZ BLANCA
como la mezcla de todas las longitudes de ondas del espectro visible. Aquí es importante destacar la diferencia con la luz emitida por un bombillo incandescente, cuyo filamento de tungsteno o wolframio se calienta y la intensidad de longitud de onda que es sobresaliente corresponde con el amarillo-rojo. Busqué información en la internet y encontré esta figura de intensidad de radiación en función de la longitud de onda.


Espectro de radiación bombillo incandescente, | Dr J.D.Good

En los laboratorios avanzados de Física y Química se utiliza este tipo de bombillo de luz incandescente como fuente de radiación de fotones, pero con ayuda de un sistema colimador se puede obtener una fuente de
LUZ MONOCROMÁTICA
, ¿luz de un solo color?. A pesar que los bombillos incandescentes no son de luz blanca, ellos abarcan todo el espectro de longitudes de ondas del visible con el máximo de intensidad en el rango de longitudes mostrado en la figura anterior, pero con el sistema de espejos y rejillas de difracción que posee un monocromador se puede obtener una radiación de luz con una longitud de onda específica.


Dispersión de la luz, | Lucas VB

En esta animación se observa el proceso de descomposición de un haz de luz por medio de un prisma de difracción, cada color posee una longitud de onda específica que puede ser colimada y "separada" una de otra al pasar por rendijas de difracción de distintos espaciamientos y obtener radiación electromagnética con la longitud de onda correspondiente a cada color, de aquí el nombre de radiación monocromática.


-Esquema del Monocromador Czerny-Turner, | Dr Bob

En este esquema del interior de un monocromador se aprecia el sistema de lentes, espejos y rejillas. La luz entra por un orificio e incide sobre un espejo cóncavo y se refleja sobre una superficie pulida con muchas líneas que actúa como rejilla de difracción separando la luz incidente en diferentes longitudes de onda hasta obtener la radiación requerida por el sistema electrónico del monocromador, en este caso λ = 530 nm.

    La inquieta curiosidad por la ciencia me llevó a preguntar sobre los dos procesos detallados anteriormente, ¿esa luz de un solo color, la puedo obtener sin necesidad de un aparato tan delicado como un monocromador?, y ¿si tengo todos esos colores de manera individual, puedo mezclarlos para obtener luz blanca?, es decir, hacer los procesos inversos!

La respuesta es casi inmediata y afirmativa. Existen distintas sustancias gaseosas y sólidas que forman una especie de dispositivo de emisión de luz coherente llamados LASER, por sus siglas en ingles "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", cuyas líneas de emisión están fijadas a determinadas longitudes de ondas y pueden ser visibles o invisibles, según el rango mostrado en la siguiente figura.

Líneas láser comerciales, | Danh

Así encontré respuesta a mi primera interrogante, la
LUZ COHERENTE
se alcanza al amplificarse la emisión estimulada mediante la relación de fases de las ondas dentro de la cavidad del dispositivo láser.

Luz coherente de 3 apuntador láser, | Pang Kakit

El proceso de producción de luz blanca usando láser de diferentes colores o longitudes de ondas se obtiene al hacer incidir el haz en sitios determinados sobre el prisma de difracción que hagan coincidir los haces en un punto de convergencia y de esta manera se obtiene luz blanca. Un proceso ilustrativo se muestra en la siguiente imagen.

Producción de luz blanca a partir de luz coherente, | pxhere.com

Por ahora, considero este artículo como una introducción sobre las diversas fuentes de luz: blanca, monocromática y coherente, además de haber indicado las formas básicas de obtención o producción. En un futuro post les mostraré algunos detalles técnicos de la luz láser que es la que tiene amplio espectro de utilidades en el terreno científico, tecnológico y de salud.

Creo que la divulgación de temas científicos trascendentales son necesarios en #stem-espanol, en particular, y en steemit.com, en general, ya que abre el debate sobre el avance tecnológico a nivel mundial y la posible contribución de ideas a este tipo de contenidos.......... @azulear

Referencias para saber más acerca de este tema:

  • Fenómeno físico de la luz
  • Experimentando con la Ciencia
  • Fenómenos ondulatorios de la luz
  • El fenómeno de luz y color
  • The basic nature of light
  • Sort:  

    Buen post, me parece interesante el uso que se le puede dar al monocromador, Saludos.

    Muchas gracias por tu comentario.
    Existe un gran número de aplicaciones de las diferentes fuentes de luz y el uso de un monocromador en el estudio de sustancias químicas y materiales físicos es de gran alcance en el área de investigación. También estoy aprendiendo sobre el uso de las matemáticas en los fenómenos físicos @ydavgonzalez

    Excelente, adoro este tipo de publicaciones que nos enseñan cosas que algunas veces, durante toda la vida, tenemos al alcance pero ignoramos. Espero que pases por mi perfil y me comentes que te parece♦

    Estás en lo cierto @lauraoficial02
    Un hecho tan cotidiano como un atardecer, que lo podemos ver durante toda la vida, tiene una explicación científica irrefutable.

    Estimado @azulear has realizado un trabajo excelente al relacionar un fenómeno óptico tan frecuente como es la variación de colores de un atardecer con las distintas fuentes de luz y color. Bien documentada tu publicación!

    Muy agradecido por su comentario. Existen muchos fenómenos físicos que podemos observar a nuestro alrededor y su explicación es sencilla de entender.

    Es siempre importante aprender de otros temas, de otros conocimientos...
    Gracias @azulear por la información suministrada.

    De verdad que es muy importante obtener nuevos conocimientos en esta comunidad. Sus temas relacionados con salud también son interesantes.

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