Teoría básica, características y fundamentos de la luz

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Conoce todos los fundamentos de la luz o radiación electromagnética en forma de ondas que viaja en todas las direcciones desde la fuente de origen.

Fundamentos de la luz
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Radiación

La emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas se define como radiación.

Según la teoría electromagnética, la luz recorre el vacío en línea recta a una velocidad de 300 000 Km/s. En contraste, la velocidad de la luz disminuye al pasar a medios materiales, como por ejemplo: el aire o el vidrio; en estos casos entra en juego la refracción del medio.

Por otro lado y según la teoría cuántica de radiación, la energía es emitida y absorbida en fotones (cuanto).  Así, los efectos biológicos, químicos y fotoeléctricos están sumamente ligados con la teoría cuántica y la constante de Plank.

Radiación del cuerpo negro

En primer lugar, debemos tener presente que un cuerpo negro es un radiador integral, es decir, absorbe completamente la luz o radiaciones que inciden sobre él.  En segundo lugar, se puede calcular la radiación precisa de tales cuerpos a cualquier longitud de onda y temperatura.

Asimismo, el radiador de cuerpo negro se utiliza como referencia principal al describir la luz de fuentes luminosas prácticas.

La luz o radiación visible

Otro punto importante en los fundamentos de la luz es que esta se puede definir como cualquier radiación que pueda producir una sensación visual; sin embargo, hay que tener presente que las ondas de luz ocupan solo una parte del dominio espectral de las ondas electromagnéticas donde también están presentes los rayos gama, rayos x, ultravioleta, infrarrojos, radar, televisión y radio potencia.

En consecuencia, el espectro visible de la luz se divide en rangos de longitudes de onda que produce las siguientes impresiones de color:

 

  • Violeta: 380 nm. – 435 nm.
  • Azul: 435 nm – 500 nm.
  • Verde: 500 nm. – 556 nm.
  • Amarillo: 565 nm. – 600 nm.
  • Naranja: 600 nm. – 630 nm.
  • Rojo: 630 nm. – 730 nm.

Visión

La retina del ojo humano es sensible al estímulo luminoso y contiene dos fibras nerviosas que se concentran de diferente manera en esta área; estas células son llamadas: conos y bastones.

Los conos nos permiten distinguir los colores en la visión fotópica en luminancias altas y los bastones actúan cuando la luminancia es muy baja y, por tanto, no hay sensación de color en la visión escotópica.

Además, cuando la visión se da en condiciones intermedias de luminancia, la habilidad para distinguir el color disminuye junto con el nivel de iluminación y el ojo es más sensible a los colores del extremo azul del espectro.

    Reflexión

    La relación entre la luz reflejada por una superficie y la luz incidente se denomina reflectancia o reflexión de la luz.

    Ciertamente, cuando la luz es reflejada por una superficie y debido al fenómeno de la absorción, un porcentaje de tal luz se pierde.

    En consecuencia, cualquier superficie que no sea completamente negra, puede reflejar la luz en cuatro formas posibles:

     

    • Reflexión especular. Se produce cuando la superficie reflectora es lisa y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión; además, el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie están es un mismo plano.
    • Reflexión irregular o mixta. No hay imagen de espejo del objeto, y el ángulo de intensidad máxima reflejada es igual al ángulo de incidencia.
    • Reflexión difusa. Se produce cuando la superficie es completamente irregular; al existir diferentes planos, la luz se distribuye en diferentes direcciones.
    • Reflexión compuesta. En este caso la reflexión no es especular ni tampoco difusa, sino una combinación de las dos.
    • Reflexión total. Los materiales transparentes como vidrio, agua y plástico permiten una forma de reflexión especular donde la luz abandona el medio.  La reflexión total ocurre cuando el ángulo de incidencia excede un valor crítico.

      Transmisión

      De acuerdo a los fundamentos de la luz, la transmisión es un fenómeno definido como el paso de una radiación, sin cambiar su frecuencia, a través de un medio como ciertos tipos de vidrio o cristales, y también el aire, agua e inclusive otros líquidos y algunos tipos de resinas plásticas.

      Asimismo, sea cual fuere el tipo de material, existe un factor de trasmisión llamado ahora como transmitancia del material que consiste en la relación de la luz transmitida y la luz incidente.

      Como sabemos, parte de la luz se pierde al atravesar cualquier material debido a la reflexión y otra parte la absorbe el mismo material.

      En consecuencia, así como sucede con la reflexión, en la transmisión se puede diferenciar entre la transmisión especular o regular donde la luz aparece detrás del medio como un rayo y la transmisión difusa, donde la luz, al pasar el medio, será totalmente dispersa.

      Sin embargo, también puede existir una transmisión mixta que consiste en una transición de transmisión donde la dispersión de la luz no se completa, y los objetos no se pueden observar en forma clara detrás del medio; este es el caso, por ejemplo, del vidrio pulido.

      Además, puede existir transmisión neutral o selectiva donde los colores del espectro se transmiten en la misma proporción que en la luz incidente.

          Absorción

          En los fundamentos de la luz se llama absorción a la transformación de la energía radiante en otra forma de energía que generalmente es calor.

          «La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma».

          La absorción es una característica saltante de todos los materiales que no son 100% transparentes o de superficies que no son 100% reflectoras.

          En consecuencia, todo material tiene una factor de absorción conocido también como absortancia del material.

              Refracción

              La luz puede cambiar su dirección al pasar de un medio a otro, a este fenómeno se le conoce como refracción de la luz.

              Ciertamente, se dice que la luz altera su velocidad al producirse este fenómeno y este cambio dependerá de la densidad del nuevo medio.

              En consecuencia, si la densidad del nuevo medio es mayor, entonces la velocidad de la luz disminuirá, si es al contrario, la luz aumentará su velocidad.

              Los prismas,  lentes y otros materiales refractivos sirven para refractar los rayos de luz en direcciones específicas que se pueden calcular.

                  Polarización

                  La luz presenta ondas electromagnéticas que presentan vibraciones transversales de magnitud semejante sobre infinitos planos.

                  Las ondas electromagnéticas, al igual que un vector, pueden descomponerse en vectores verticales y horizontales; si estos componentes son iguales, se concluye que la luz no está polarizada.

                  En ciertos artefactos de iluminación (luminarias) se utilizan paneles polarizadores para disminuir el brillo de luz de cierta lámpara; está claro, que utilizar un polarizador afectará, considerablemente, el flujo luminoso de la fuente artificial, y como consecuencia, el nivel de iluminación en condiciones semejantes.

                      Conclusiones sobre los fundamentos de la luz

                      La naturaleza de la luz le permite comportarse como partícula o como onda.

                      A manera de conclusión y como definición, la luz tiene tres características a considerar:

                      • Se irradia por medio de fuentes naturales o artificiales.
                      • Se propaga en linea recta.
                      • Se debe considerar la intensidad y la longitud de la onda.

                      ¡Luz es vida!

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