Primeras teorías científicas: ¿partículas u ondas?

En el Siglo XVII aparecieron las primeras teorías científicas sobre la naturaleza de la luz:
– La luz tiene naturaleza corpuscular: por Newton en 1704, explicaba que los focos luminosos emiten pequeñas partículas que se propagan en línea recta en todas direcciones y que pueden tener distintos colores. Cuando llegan a un cuerpo este los puede absorber, reflejar o transimitir. Esto explica las existencia de cuerpos de distintos colores(según son opacos o transparentes a los corpúsculos de ciertos colores), además explica la reflexión que se produce cuando la luz llega a la superficie de separación entre dos medios y la refracción que se observa cuando la luz también se puede propagar en el segundo medio.

–La luz tiene naturaleza ondulatoria:

por Huygens en 1690, la luz que tiene naturaleza ondulatoria , como el sonido. Explica la reflexión y la refracción de la luz, esto obliga a admitir que la luz se mueve más lenta en el agua. En esta época se apoyo mas la teoría de Newton pero los descubrimientos realizados mas tarde demostraron que la teoría ondulatoria era la mas adecuada.

La doble naturaleza cospuscular y ondulatoria de la luz

Los estudios realizados por Planck sobre la radiación térmica de los cuerpos y los de Einstein  sobre el efecto fotoeléctrico demostraron que la luz estaba formada por pequeños corpúsculos de energía llamados fotones, Mas tarde Broglie afirmó que las partículas en movimiento llevan una onda asociada; como consecuencia, la luz tiene doble naturaleza corpuscular y ondulatoria(dependiendo del fenómeno que se estudie mostrará una u otra)

Reflexión

: Cuando un rayo de luz llega a la superficie de separación entre dos medios, se produce la reflexión, y la luz se propaga en el mismo medio, pero en sentido opuesto.

Leyes de la reflexión

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el rayo incidente, el reflejado y la normas están en el mismo plano.

el ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales. Para que se aprecie la reflexión (reflexión especular), la superficie contra la que incide el rayo debe ser especular, lo cual requiere que sus irregularidades sean pequeñas en relación con la longitud de la onda de la radiación; en caso contrario, si las irregularidades son mayores, tendremos un reflexión difusa. La reflexión difusa nos permite apreciar los bordes de los objetos y conocer su forma.

Refracción:

cuando un rayo de luz llega a la superficie de separación entre dos medios y se puede propagar en el segundo, parte de la energía que transporta se transmite a través de este ultimo. Este fenómeno se denomina refracción.

Leyes de la refracción

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el rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano

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El ángulo de incidencia y el de refracción se relacionan con la velocidad de propagación de la luz en ambos medios: senî/v incidente=sen^r/v refractada. Se denomina índice de refracción de un medio a la relación entre la velocidad de la luz en el vació y en cualquier otro medio. N=c/v. Y obtenemos la ley de Snell: n incidentes senî= n refractado sen^r Reflexión total
: Ángulo limite Habitualmente cuando un rayo de luz llega a la superficie de separación entre dos medios y se puede propagar por el segundo, parte de la energía del rayo incidente se refleja formando un nuevo rayo que se mueve por el mismo medio inicial, y parte se propaga en el segundo medio, formando un rayo refractado. Los rayos incidente, reflejado y refractado forman con la normal los ángulos que determinan las leyes de la reflexión y la refracción. Cuando el rayo incide se propaga en un medio mas refringente (mayor n), que el rayo refractado (menor n), se aleja de la normal. Como se parecía en la figura, se puede hacer que el ángulo de incidencia sea tal que el ángulo de refracción sea de 90º. Para un ángulo de incidencia mayor no habrá fenómeno de refracción y se producirá reflexión total Se denomina ángulo limite o criterio al mayor ángulo que puede formar un rayo incidente con la normal para que se produzca refracción. Un ángulo de incidencia mayor que el ángulo limite produce reflexión total. Para que suceda este fenómeno, el rayo de luz debe pasar por un medio más refringente a otro menos refringente; por ejemplo, del agua o el vidrio al aire

La fibra óptica La fibra óptica está formada por pequeños cables de fibra de vidrio en cuyo interior se produce la reflexión total de un haz de luz, lo que determina que la información visual pueda viajar por su interior casi sin perdidas, aunque se doble la fibra. Esto permite interesantes aplicaciones   
 – En medicina se emplean cámaras para ver lo que sucede en órganos internos del cuerpo  humano (endoscopias)     
– En telecomunicaciones, la fibra óptica se utiliza para transmitir información a grandes distancias. O para transmitir sonido digital con una excelente calidad, sin pérdidas.     
– Hay adornos y árboles de navidad en cuyos extremos la fibra de vidrio muestra la luz de una lámpara que está en su interior.
Refracción de un prisma; dispersión de la luz: Cuando la luz del sol atraviesa un prisma, observamos su descomposición en los colores del arco iris. La razón estriba en que la luz del Sol es el resultado de otras radiaciones mas simples. En el aire, todas se propagan a la misma velocidad, por eso apreciamos el efecto conjunto q es la luz blanca. Pero en un medio diferente, cada radiación se desplaza a una velocidad propia, lo que hace que sus ángulos de refracción sean diferentes. El fenómeno se repite al salir de la segunda cara,lo que incrementa la separación entre las radiaciones y permite que se aprecien los colores de forma diferenciada.Se llama dispersión al proceso que separa un conjunto de entes fiscos que se propagan juntos. El prisma produce la dispersión de la luz. Se produce difracción cuando una onda atraviesa una ranura o se encuentra con un obstáculo de tamaño comparable a su longitud de onda.Se llama efecto fotoeléctricoal fenómeno mediante el cual la luz, al incidir sobre un metal, le arranca electrones. El físico Philip Lenard realizo experiencias para intentar comprender el fenómeno y comprobó q:

Para q una radiación provoque la aparición de los fotoelectrones debe tener una frecuencia mínima, denominada frecuencia umbral, cuyo valor depende del material q forme el cátodo.Si la radiación q ilumina el cátodo tiene una frecuencia inferior a la umbral, no se producirán fotoelectrones por su elevada intensidad

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Si la radiación q ilumina el cátodo tiene una frecuencia superior a la frecuencia umbral, se producirán fotoelectrones q dará lugar a una corriente q detectara el amperímetro. La intensidad de corriente es proporcional a la intensidad de radiación con q iluminamos, con independencia de lo elevada q sea su frecuencia.

Modificando el voltaje externo podemos invertir la polaridad de las placas y lograr q, aunque la radiación luminosa consiga arrancar fotoelectrones, estos no lleguen a la placa colectora. Al mínimo potencial que logra este efecto se le llama potencial de frenado. El valor del potencial de frenado depende de la frecuencia de radiación incidente.

Se llama trabajo de extracción a la energía mínima que deben tener los fotones de radiación q provoca el efecto fotoeléctrico.

Punto próximo

: se llama así a la menor distancia a la que se puede encontrar un objeto que produce imagen nítida en la retina su valor esta en torno a los 25 cm aunq varia con cada persona y su edad

Miopía

: las personas miopes tienen el cristalino mas convergente de lo normal enfocan bien los objetos cercanos pero los rayos procedentes de los alejados convergen en un punto anterior a la retina por lo que la imagen que se forma en esta es borrosa. La miopía se corrige con una lente divergente que hace que el foco del conjunto lente + cristalino se situé sobre la retina Hipermetropía
: las personas hipermétropes tienen el cristalino menos convergente de lo normal. El foco de los objetos lejanos esta mas allá de la retina. Ven bien los objetos lejanos pero ven mal los próximos ya que cuando los rayos refractados llegan a la retina aun no han convergido.
Se corrige con una lente convergente que hace que el foco del conjunto lente+ cristalino se situé sobre la retina.

Astigmatismo

: las personas con astigmatismo tienen habitualmente una cornea deformada con curvatura vertical diferente de la horizontal esto hace que no enfoquen correctamente los objetos cercanos ni lejanos pues la luz procedente de un objeto que entra en la cornea en lugares diferentes se enfoca en zonas distintas.
Se corrige con lentes cilíndricas no esféricas.

La radiación térmica emitida por un cuerpo negro:

Un cuerpo negro es un cuerpo que solo emite la radiación debida a su estado térmico. Cualquier otra radiación  que llegue a ese cuerpo es absorbida por el. Una buena aproximación es un objeto hueco con un orificio, de forma que cualquier radiación que penetre desde el exterior sufra reflexiones que solo la lleven de nuevo hacia el interior o sean absorbidas.Cuando un objeto de hierro se calienta, desprende calor. Si se sigue calentando primero se pone brillante, luego rojo y por ultimo blanco, el calor es fruto de la radiaccion electromagnética emitida. Para llevar a cabo el estudio de la radiación térmica emitida con independencia del cuerpo ideo trabajar con un cuerpo negro. Se entiende como tal un cuerpo cuyas paredes absorben cualquier radiación que les llegue. Stefan estableció la expresión que relaciona la energía emitida por un cuerpo negro con su temperatura, la ley de Stefan-Boltzmann


dE/dt=o.S.T4 Ley de desplazamiento de Wien En un estudio del espectro de la radiación térmica emitida por un cuerpo negro Wien encontró que: El cuerpo emite radiacio de toda una serie de longitudes de onda. La intensidad de la radiación emitida aumenta con la temperatura. A medida que se eleva la temperatura se aprecia una zona del espectro en que la intensidad de las radiaciones emitidas es mayor. La longitud de onda de la radiación que se emite con mayor intensidad es menor cuanto mayor es la temperatura absoluta del cuerpo.( formula y grafica)

La interpretación de Plank

Algunos físicos trataron de encontrar una formula matemática que justificase el espectro de emisión térmica del cuerpo negro pero no lo hicieron con éxito. Este hecho se conoció como la catástrofe del ultravioleta. Tras otros intentos Max Plank supuso que en la materia existen pequeños osciladores que vibran con determinadas frecuencias, absorbiendo y emitiendo energía en forma de ondas electromagnéticas. Cada oscilador solo puede absorber o emitir energía que sea un múltiplo entero de su energía básica, una energía que es directamente proporcional a su frecuencia natural de oscilación. E=h.V La energía que puede absorber o emitir un oscilador es: E=n.H.V Cada oscilador se puede encontrar en distintos estados cuánticos, correspondientes a los diversos valores de n. Cuando el oscilador pasa de un estado cuántico a otro absorbe o emite la energía que resulta de la diferencia entre ellos. Esta unidad de energía básica se llama hoy cuanto de energía o fotón. E=h.C/(landa)

Naturaleza de las ondas magnéticas

. Por combinación de las leyes de maxwell se obtuvo una ecuación para el campo eléctrico y otra para el magnético. En el vacío y en ausencia de corriente eléctrica estas ecuaciones son análogas a la ecuación general de propagación de una onda. Maxwell encontró que este campo eléctrico y el magnético se propagan en el vacion con un movimiento ondulatorio cuya velocidad de propagación es la velocidad de la luz.Demasde Origen de las ondas electromagnéticas.
Existen dos formas de originarlas:
1 cuando una carga eléctrica esta acelerada origina una onda electromagnética.

2

. Mediante un circuito oscilante formado por una bobina y un condensador. Podemos explicar la propagación de una onda electromagnética del siguiente modo: si en un punto del espacio existe un campo magn. Variable en el tiempo por la tercera ley de maxwell en un punto en sus proximidades se induce un campo eléctrico variable con el tiempo, siendo ambos de la misma frecuencia. Pero por la cuarta ecuación de maxwell un campo eléctrico variable crea a su alrededor un campo magn. Variable que a su vez crea otro eléctrico variable y así sucesivamente.