Tema 17: La luz y el espectro electromagnético. Conceptos relativos a la luz. Color. Cualidades de la luz Sistema visual humano. Ionización de los fluidos. Radiaciones no ionizantes. Radiaciones ionizantes.

LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

CONCEPTOS RELATIVOS A LA LUZ

Se llama luz a la parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.

Luz Visible

Está formada por radiación electromagnética cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 400 y 700 nm.  La luz es producida en la corteza atómica de los átomos, cuando un átomo por diversos motivos recibe energía puede que algunos de sus electrones pasen a capas electrónicas de mayor energía. 

El Movimiento Ondulatorio

Se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo. Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación.

Clasificación De Las Ondas

Pueden ser clasificadas de distintas formas, dependiendo de los factores que se tengan en cuenta para hacerlo:

• En función del medio de propagación

Mecánicas (medio material): las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio.

No mecánicas (medio no material): son aquellas que no necesitan de un medio elástico, se propagan por el vacío. Dentro de estas ondas se encuentran las electromagnéticas.

En función de su propagación

Escalares: es una magnitud, sin dirección ni sentido. Por ejemplo, la presión en un gas, o la onda emitida por las partículas elementales del átomo.

Vectoriales: la magnitud tiene una dirección y un sentido.

Ondas longitudinales: el movimiento de las partículas que transporta la onda es paralelo a la dirección de propagación de la misma. Por ejemplo, el sonido.

Ondas transversales: las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

CLASES DE LUZ

La absorción, la reflexión y la refracción de la luz

La Absorción: La absorción de la luz consiste en que un cuerpo se quedó parte de la energía de la luz que llega.

La Reflexión De La Luz: A veces, los rayos de la luz que llegan a un cuerpo rebotan en él. Este fenómeno se llama reflexión de la luz.

Luz Infrarroja Y Termografía

Aplicación de luz infrarroja o termografía es el uso de una cámara de imágenes infrarrojas y medición para «ver» o «medir» la energía térmica que emite un objeto. La energía térmica o infrarroja es lo que su longitud de onda es muy larga para que la detecte el ojo humano. Dicho de otra manera, es la parte del espectro electromagnético que percibimos como calor. A diferencia de la luz visible, en el mundo infrarrojo todo aquello con una temperatura sobre cero absoluto emite calor; incluso, los objetos muy fríos, tales como cubos de hielo, emiten luz infrarroja.

¿QUÉ ES EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO?

Podemos clasificar y ordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". La tabla siguiente muestra este espectro, que consiste de todos las clases de radiación electromagnética que existen en nuestro universo.

El espectro electromagnético se compone de todas las clases de radiación en el universo. Los rayos gamma tienen la frecuencia más alta, mientras que las ondas de radio tienen la frecuencia más baja. La luz visible está aproximadamente a la mitad del espectro, y comprende una fracción muy pequeña de este.

Como podemos ver, el espectro visible —es decir, la luz que podemos ver con nuestros ojos— es tan solo una pequeña fracción de las diferentes clases de radiación que existen. A la derecha del espectro visible, encontramos las clases de energía que son menores en frecuencia (y por lo tanto mayores en longitud de onda) que la luz visible. Estas clases de energía incluyen los rayos infrarrojos (IR) (ondas de calor emitidas por los cuerpos térmicos), las microondas y las ondas de radio. Estos tipos de radiación nos rodean constantemente; no son dañinos, pues sus frecuencias son muy bajas. Como veremos en la sección siguiente, "El fotón", las ondas de baja frecuencia tienen poca energía, y por lo tanto no son peligrosas para nuestra salud.

A la izquierda de espectro visible, encontramos los rayos ultravioleta (UV), los rayos X y los rayos gamma. Estas clases de radiación son dañinas para los organismos vivos, pues tienen frecuencias extremadamente altas (y por lo tanto, mucha energía). Es por esta razón que usamos loción bloqueadora en la playa (para bloquear los rayos UV provenientes del sol) y que, para prevenir que los rayos X penetren otras áreas del cuerpo distintas de la que requiere visualizarse, un técnico de rayos X coloca una placa de plomo sobre nosotros. Los rayos gamma son los más dañinos, pues son los más altos en frecuencia y en energía. Afortunadamente, nuestra atmósfera absorbe los rayos gamma que provienen del espacio, y así nos protege del daño.

EL SISTEMA VISUAL HUMANO

El ojo humano es un órgano complejo y evolucionado. Pero en la tarea de ver, el ojo hace una parte y el cerebro el resto, y quizá la parte más importante la realiza el cerebro. El ojo se comporta como una cámara oscura, con una lente (cristalino) que se enfoca mediante los músculos que rodean el ojo y a través de la cual pasa la luz. Dicha luz se proyecta en el fondo del ojo (retina) formando una imagen invertida, que es detectada por el nervio óptico y enviada al cerebro, donde se interpreta. Es importante el hecho de que tenemos dos ojos, lo que suministra una visión estereoscópica, que permite al cerebro percibir distancias y volúmenes. Pero el ojo humano tiene la limitación de "ver" una gama reducida de longitudes de onda (luz visible) en razón de los detectores que tiene en la retina. 

    Estos detectores son de dos tipos: conos y bastones. 

    Los bastones son células que nos permiten ver en la oscuridad, porque se activan en ausencia de luz y hacen que distingamos las luces de las sombras. Pero no ven colores.

    Los conos son células que funcionan con luz ambiente intensa y nos permiten ver los colores.

La opsina sensible al rojo se llama eritropsina (eritro=rojo en griego) y detecta longitudes de onda de alrededor de 560 nm. La opsina sensible al verde se llama cloropsina (cloro=verde en griego) y es sensible a longitudes de onda entorno a los 530 nm. La cianopsina (ciano=azul en griego) es sensible al azul y detecta longitudes de onda de alrededor de 430 nm. La mezcla de las señales detectadas por todas ellas nos permite ver el espectro visible al completo.

      El ojo humano puede considerarse un sistema óptico (conjunto de superficies que separan medios con diferente índice de refracción), que permite formar la imagen de objetos exteriores en el plano de la retina. En cierto modo podemos asimilar el ojo humano a una cámara fotográfica convencional, en la que el plano en el que se sitúa el sensor de imagen (o la película fotográfica, en el caso de las cámaras más antiguas) se corresponde con la retina. La córnea y el cristalino son los dos componentes ópticos del ojo humano que modifican las trayectorias de la luz haciendo que la imagen se forme en el plano retiniano, como hacen las lentes que constituyen el objetivo de una cámara fotográfica. Entre la córnea y el cristalino hay una sustancia líquida llamada humor acuoso. Antes del cristalino tenemos el iris, cuya abertura central (pupila) puede variar de tamaño, lo que permite regular la cantidad de luz que entra en el ojo. El humor vítreo es una sustancia gelatinosa que ocupa el 80% del globo ocular: toda la zona comprendida entre el cristalino y la retina. La zona de la retina que permite una visión con el máximo detalle o resolución se conoce con el nombre de fóvea. Las señales producidas cuando la luz actúa sobre los pigmentos existentes en los fotorreceptores de la retina salen del ojo por medio del nervio óptico, que agrupa alrededor de un millón de fibras para cada retina. 

 

IONIZACIÓN DE LOS FLUIDOS: RADIACIONES NO IONIZANTES , RADIACIONES IONIZANTES

Radiaciones Ionizantes 

La radiación ionizante es un tipo de energía liberada por los átomos en forma de ondas electromagnéticas (rayos gamma o rayos X) o partículas (partículas alfa y beta o neutrones). La desintegración espontánea de los átomos se denomina radiactividad, y la energía excedente emitida es una forma de radiación ionizante. Los elementos inestables que se desintegran y emiten radiación ionizante se denominan radionúclidos.

Cada radionúclido se caracteriza por el tipo de radiación que emite, la energía de la radiación y su semivida.

La actividad, utilizada como medida de la cantidad de un radionúclido, se expresa en una unidad llamada becquerel (Bq): un becquerel corresponde a una desintegración por segundo. La semivida es el tiempo necesario para que la actividad de un radionúclido disminuya por la desintegración a la mitad de su valor inicial. La semivida de un elemento radiactivo es el tiempo que tarda la mitad de sus átomos en desintegrarse, y puede variar desde una fracción de segundo a millones de años (por ejemplo, el yodo 131 tiene una semivida de 8 días mientras que el carbono 14 tiene una semivida de 5730 años

SE ENTIENDE POR RADIACIÓN NO IONIZANTE aquella onda o partícula  que no es capaz de arrancar electrones de la materia que ilumina produciendo, como mucho, excitaciones electronicas. Ciñéndose a la radiación electromagnética la capacidad de arrancar electrones vendrá dada, en el caso lineal, por la frecuencia  de la radiación, que determina la energía por fotón y en el caso no lineal también por la "fluencia" (energía por unidad de superficie) de dicha radiación; en este caso se habla de ionización lineal.

Así, atendiendo a la frecuencia de la radiación serán radiaciones no ionizantes las frecuencias comprendidas entre las frecuencias bajas o radio frecuencias y el ultravioleta aproximadamente, a partir del cual (rayos x) se habla de radiación ionizantes  En el caso particular de radiaciones no ionizantes por su frecuencia pero extremadamente intensas (únicamente los láseres  intensos) aparece el fenómeno ionización no lineal  siendo, por tanto, también ionizantes.

La emisión de neutrones termales corresponde a un tipo de radiación no ionizante tremendamente dañina para los seres vivientes. Un blindaje eficiente lo constituye cualquier fuente que posea hidrógeno, como el agua o los plásticos, aunque el mejor blindaje de todos para este tipo de neutrones, al igual que en la emisión de neutrones lentos, son: el cadmio natural(Cd), por captura reactiva, y el Boro (B), por reacciones de transmutación. Para este tipo de radiación los materiales como el plomo, acero, etc. son absolutamente transparentes.

Aplicacion en la medicina: los rayos x

PARA MÁS INFORMACIÓN VISITAR:

http://www.pawean.com/MVM/luz_espectro.html

https://es.khanacademy.org/science/physics/light-waves/introduction-to-light-waves/a/light-and-the-electromagnetic-spectrum
https://astrojem.com/teorias/espectroelectromagnetico.html
https://biofisica6.webnode.es/estandar-iii/conceptos-relativos-a-la-luz-color/