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Energía Lumínica: ¿Qué es?, Ejemplos y Usos

Energía Lumínica

L energía lumínica es la únicaforma de energía que puede ser captada por el ser humano por medio del órgano destinado a la visión, el ojo.

¿Qué es la energía luminica?

Definición de energía luminosa:

La energía lumínica se define como:

La luz está compuesta de paquetes de energía sin masa conocidos como fotones. Los fotones son paquetes de energía que contienen una cantidad fija de energía luminosa, dependiendo de la longitud de onda.

La energía luminosa se refiere al rango de energía electromagnética que consiste en rayos gamma, rayos X, luz visible, etc.
El rango visible del espectro electromagnético se conoce comúnmente como luz.

La naturaleza de la luz:

En el siglo XVII había dos ideas sobre la naturaleza de la luz.

Naturaleza de las partículas de la luz

Isaac Newton creía que la luz estaba formada por pequeñas partículas discretas llamadas corpúsculos. Según él, estas diminutas partículas eran emitidas por objetos calientes como el sol o el fuego y viajaban en línea recta a una velocidad finita y poseían un impulso. Esto se conoció como la teoría de la luz de partículas de Newton.

Onda Naturaleza de la luz

Christiaan Huygens afirmó refutar la teoría corpuscular de Newton al proponer la teoría ondulatoria de la luz. Según él, la luz consistía en ondas que vibraban hacia arriba y hacia abajo perpendiculares a la dirección de propagación. Esto se conoció como el «principio de Huygens».

A principios del siglo XIX, el físico inglés Thomas Young realizó un experimento que mostraba la luz de una fuente puntual después de pasar a través de dos rendijas y formar un patrón de interferencia en una pantalla colocada a una distancia adecuada. Esto llegó a conocerse como el experimento de la doble rendija de Young, que defendía la naturaleza ondulatoria de la luz y apoyaba el principio de Huygens.

James Clerk Maxwell sentó las bases del electromagnetismo moderno que describía la luz como una onda transversal que consiste en campos magnéticos y eléctricos oscilantes a 90° entre sí. La formulación de la luz como ondas transversales contradecía a Huygens, quien creía que las ondas de luz eran longitudinales.

Albert Einstein revivió la teoría de partículas al introducir el concepto de fotones. El experimento de Einstein, conocido como efecto fotoeléctrico, mostró que la luz está compuesta de haces discretos o cuantos de energía luminosa, llamados fotones.

El fenómeno de la interferencia y la difracción solo podía explicarse considerando la luz como una onda. En comparación, la explicación del efecto fotoeléctrico solo fue posible por la naturaleza de las partículas de luz.
Este enorme dilema sobre la naturaleza de la luz se resolvió con el fundamento de la mecánica cuántica que estableció la dualidad onda-partícula sobre la naturaleza tanto de la luz como de la materia.

Propiedades de la luz:

Interacciones de la luz:

Las ondas de luz reaccionan a la materia de diferentes maneras:

reflejo de la luz

– Cuando una onda de luz rebota en la superficie de un material al medio de propagación anterior, el proceso se llama reflexión. Por ejemplo, la imagen se forma en un estanque/lago en calma.

Absorción de luz

Cuando un material absorbe la energía de una onda de luz que incide sobre él, el proceso se llama absorción. Por ejemplo, los plásticos que brillan en la oscuridad, que absorben la luz y la vuelven a emitir en forma de fosforescencia.

transmisión

Cuando una onda de luz viaja/pasa a través de un material, el proceso se denomina transmisión. Por ejemplo, la luz que cae a través de un panel de vidrio.

Funcionamiento defectuoso

La interferencia se refiere al fenómeno en el que dos ondas de luz se superponen para producir una onda resultante que puede tener una amplitud menor, mayor o igual. La interferencia constructiva y destructiva ocurre cuando las ondas que interactúan son coherentes entre sí, ya sea porque comparten la misma fuente o porque tienen la misma o similar frecuencia.

Interferencia de ondas

refracción del haz

La refracción es un comportamiento importante demostrado por las ondas de luz. La refracción ocurre cuando las ondas de luz se desvían de su camino original cuando ingresan a un nuevo medio. La luz exhibe diferentes velocidades en diferentes materiales de transmisión. El cambio en la velocidad y el grado de desviación depende del ángulo de la luz incidente.

Difracción

La difracción se define como la curvatura de las ondas de luz alrededor de las esquinas de una abertura en su región de sombra geométrica. El obstáculo o espacio de dispersión se convierte en una fuente secundaria de la onda de luz que se propaga. Uno de los ejemplos más comunes de difracción es la formación de patrones de arcoíris en un CD o DVD. Las pistas estrechamente espaciadas en un DVD o CD actúan como rejillas de difracción y forman patrones cuando la luz las golpea.

Fuente de imagen de difracción de luz

Dispersión

La difusión de la luz se refiere al fenómeno de dividir la luz blanca en el espectro constituyente de colores (es decir, VIBGYOR) cuando pasa a través de un prisma de vidrio u objetos similares. Por ejemplo, la formación de un arco iris por difracción de la luz solar a través de gotas de lluvia en forma de prisma.

tipos de luz

  • La luz como un todo se refiere a la radiación electromagnética de cualquier longitud de onda.
  • La radiación electromagnética se puede clasificar en términos de longitudes de onda como
  • Onda de radio ~ [10 5 – 10 -1 m]
  • Microondas ~ [10 -1 – 10 -3 m]
  • Onda infrarroja ~ [10 -3 – 0,7 x 10 -6 m]
  • El área visible (que percibimos como luz) ~ [0,7 x 10 -6 – 0,4 x 10 -6 m]
  • Ondas ultravioleta ~ [0,4 x 10 -6 – 10 -8 m]
  • Rayos X ~ [10 -8 – 10 -11 m]
  • Rayos gamma ~ [10 -11 – 10 -13 m]
  • El efecto de la radiación electromagnética se basa en la longitud de onda.

Frecuencia y longitud de onda de la luz.

Escala de longitud de onda

Fuente de la imagen: Carga inductiva, NASA, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ , a través de Wikimedia Commons

frecuencia de la luz

Ondas de radio :

La onda de radio es una onda electromagnética con una frecuencia entre 20 kHz y aproximadamente 300 GHz y es conocida por su uso en tecnologías de comunicación, como teléfonos móviles, televisión y radio. Estos dispositivos aceptan ondas de radio y las convierten en vibraciones mecánicas para producir ondas sonoras.

 

Microondas:

Las microondas son radiaciones electromagnéticas con una frecuencia entre 300 MHz y 300 GHz. Las microondas tienen una variedad de usos, que incluyen radar, comunicaciones y cocina.

Ondas infrarrojas:

La onda infrarroja es una radiación electromagnética con una frecuencia entre 300 GHz y 400 THz.
Las ondas infrarrojas encuentran su aplicación en el calentamiento de alimentos y controles remotos de televisión, cables de fibra óptica, cámaras termográficas, etc.

Luz visible :

La luz visible es radiación electromagnética con una frecuencia entre 4 × 10 14 y 8 × 10 14 hercios (Hz). La razón detrás del ojo humano que solo ve un rango específico de frecuencias de luz es que esas frecuencias particulares estimulan la retina en el ojo humano.

Radiación UV :

La luz ultravioleta es una radiación electromagnética con una frecuencia entre 8 × 10 14 y 3 × 10 16 hercios (Hz). La radiación ultravioleta se utiliza para eliminar microbios, esterilizar equipos médicos, tratar problemas de la piel, etc.

 

Rayos X:

Los rayos X son radiación electromagnética con frecuencias entre 3 × 10 19 y 3 × 10 16 Hz. Los rayos X se usan para destruir células cancerosas, en máquinas de rayos X, etc.

Rayos gamma:

Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas con frecuencias superiores a 10 19 hercios (Hz). Los rayos gamma se utilizan para destruir microbios, esterilizar equipos médicos y alimentos.

Ejemplos de energía luminosa

Fuentes de luz

Las fuentes de luz se pueden clasificar en dos tipos básicos: luminiscentes e incandescentes.

recocido:

El brillo incluye la vibración de todos los átomos presentes. Cuando los átomos se calientan a una temperatura óptima muy alta, las vibraciones térmicas resultantes se liberan como radiación electromagnética. La luz incandescente o «radiación de cuerpo negro» se crea cuando la luz proviene de un sólido calentado. Según la temperatura del material, los fotones liberados difieren en sus colores y energías. A bajas temperaturas, los materiales producen radiación infrarroja.

Cuando se irradia desde un cuerpo negro, con un aumento de la temperatura, el pico cambia a longitudes de onda más cortas, mientras que al moverse al rango ultravioleta del espectro, genera un color rojo, luego blanco y finalmente un color blanco azulado.
Incandescente es la luz más utilizada. Se compone del sol, las bombillas y el fuego.
Los incendios provocan reacciones químicas que liberan calor, poniendo los materiales en contacto con altas temperaturas y, finalmente, haciendo que los gases y los materiales brillen. Por otro lado, las lámparas incandescentes producen calor al pasar corriente eléctrica a través de un cable. Las bombillas incandescentes emiten alrededor del 90% de su energía como radiación infrarroja y el resto como luz visible.

Luminiscencia

La luminiscencia solo involucra electrones y generalmente ocurre a temperaturas más bajas en comparación con la lámpara incandescente.
La luz luminiscente se forma cuando un electrón emite parte de su energía como radiación electromagnética. Cuando un electrón salta a un nivel de energía más bajo, se libera una cierta cantidad de energía luminosa en forma de luces de un determinado color. Para mantener una luminiscencia continua, los electrones generalmente necesitan una presión constante para alcanzar niveles de energía más altos para que el proceso continúe.
Las luces de neón, por ejemplo, producen luz a través de la electroluminiscencia, lo que implica un {empuje} de alto voltaje, que excita las partículas de gas y, en última instancia, da como resultado la emisión de luz.

¿Cómo viaja la luz?

La luz viaja prácticamente como una onda. Aunque según la óptica geométrica, la luz se modela para viajar en rayos. La transmisión de la luz desde una fuente a un punto se puede realizar de tres formas:

  • Puede viajar directamente a través de un vacío o un espacio vacío. Por ejemplo, la luz que viaja del sol a la tierra.
  • Puede viajar a través de varios medios, como aire, vidrio, etc.
  • Puede viajar después de ser reflejado, como desde un espejo o un lago en calma.

Energía luminosa vs energía de electrones

Energía de electronesenergia luminosa
• Los electrones tienen energía de masa en reposo, es decir, la energía correspondiente a la masa en reposo. La energía residual de un electrón se puede calcular utilizando la ecuación de Einstein E = MC 2 .

• Cuando el electrón cambia su nivel de energía al pasar de un estado de mayor energía a un estado de menor energía, emite fotones.

• La energía de la luz se presenta en forma de diminutos paquetes de energía sin masa llamados fotones. La cantidad de energía en un fotón depende de la longitud de onda de la luz. E = hc / λ

• Cuando los fotones con suficiente energía luminosa caen sobre un material, los electrones absorben la energía y escapan del material.

Aprovechamiento de la energía luminosa.

La luz tiene sus usos en todos los aspectos de la vida. Sin la energía de la luz, nos hubiera sido imposible sobrevivir.
Aquí hay algunos usos esenciales de la energía de la luz en nuestras vidas:

  • Espectáculos de luz. Un rango específico de longitudes de onda de luz proporciona la cantidad perfecta de energía necesaria para estimular las reacciones químicas en nuestra retina para apoyar la visión.
  • La energía de la luz permite que las plantas produzcan alimentos a través de la fotosíntesis.
  • La energía luminosa se utiliza como fuente de energía en las tecnologías espaciales y de satélite.
  • La energía solar se utiliza para diversas actividades domésticas e industriales.
  • La energía luminosa (radiación electromagnética) se utiliza en la industria de las telecomunicaciones.
  • La energía de la luz también se utiliza para múltiples tratamientos médicos.