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¿Qué es la luz y de dónde viene?

por | Feb 29, 2024 | blogs | 0 Comentarios

Foto de Nadine Shaabana en Unsplash

Introducción – ¿Qué es la luz?

Los no científicos damos por sentado que la luz es sólo luz, y apenas pensamos de dónde viene o cómo se produce. Así que si su trabajo tiene que ver con la luz, la iluminación o incluso la agricultura de interior, pensamos que le gustaría saberlo.

Este artículo descorre las cortinas sobre «¿Qué es la luz?».

Introducción ¿Qué es la luz?

Fig 1 Foto de Umberto en Unsplash

La luz es una liberación de energía.

En resumen, los fotones de luz que emite una fuente luminosa (por ejemplo, una bombilla incandescente) no son más que una liberación de energía. Para explicarlo, tomemos la analogía de una goma elástica que se rompe.

Supongamos que aplicas energía física para separar la goma elástica. De este modo, la energía se transmite al material de la goma elástica en forma de energía potencial. Al soltar un extremo, la goma se contrae rápidamente y se oye un SNAP. El chasquido es la energía potencial liberada en forma de sonido.

    Analogía de la goma elástica

    Fig. 2 Analogía de la goma elástica

    Ahora hablemos de la luz. El filamento de una bombilla incandescente está hecho de un material llamado tungsteno. El wolframio está formado por moléculas, que son un montón de átomos conectados entre sí. El átomo tiene un centro llamado núcleo, y hay electrones que orbitan a su alrededor.

    Fig 3a Filamento de una bombilla

    Horticultura de interior

    Fig. 3 Filamento de tungsteno en una bombilla

    (foto de alessandro-bianchi en unsplash)

    Empecemos con el electrón en su órbita baja natural (Fig. 4-a).

    Al aplicar energía o electricidad a la bombilla, el electrón del átomo del filamento se excitará a una órbita superior y habrá obtenido energía potencial (Fig 4-b).

    Cuando el electrón vuelve a su estado inferior o natural (Fig. 4-c), libera energía, pero en lugar de un sonido, libera un fotón de luz.

     

    Ergo, la luz es simplemente una liberación de energía – Y aunque otros tipos de luces (LED, fluorescentes, etc.) difieren en muchos aspectos, siguen teniendo el mismo resultado final de emitir fotones de luz al permitir que los electrones caigan de orbitales o estados superiores a otros inferiores.

    Reflexión, absorción, transmisión

    Fig 4 Foto de Josie Weiss en Unsplash

    Los electrones no permanecen en una órbita superior, ni siquiera con electricidad constante.

    ¿Por qué no siguen los electrones en una órbita superior? Al fin y al cabo, se está aplicando continuamente electricidad.

    Los electrones en órbita alta son como alguien en la cuerda floja. Siempre están en un estado muy precario e inestable, y es fácil que caigan de la órbita alta. Pero, ¿por qué son inestables los electrones en este estado?

    Física y mecánica cuántica

    En resumen, las partículas subatómicas como los electrones son raras. Viven en el mundo de lo muy pequeño, el mundo de la Mecánica Cuántica. Esto significa que las cosas no se comportan igual que nuestra propia existencia mundana de tocar, oír, ver y oler.

    La propia existencia de un electrón en un momento dado es incierta, por lo que su posición en la cuerda floja es precaria. Así, caen fácilmente y emiten un fotón de luz.

    Y debido a la electricidad constante que se aplica, el siguiente electrón se eleva al estado superior, y pronto cae – y es este continuo ascenso y descenso de miles de millones de electrones lo que nos da este chorro de luz de una bombilla.

    Horticultura de interior

    Fig. 5 El electrón en órbita alta es como un acto en la cuerda floja: inestable y precario.

    Visión clásica y cuántica de los electrones (inmersión profunda).

    Algunos argumentarán que mi descripción clásica del átomo, el núcleo y los electrones en órbita es inexacta. Estoy de acuerdo, pero así es como se sigue enseñando en las aulas para ayudar a los estudiantes a «introducirse» en las complejidades de la física y la química.

    En el mundo cuántico, el electrón existe como una nube de electrones. De ello se deduce que el electrón siempre está entrando y saliendo de la existencia alrededor del núcleo, pero nunca está en un mismo lugar a menos que se le observe.

    No se preocupe si no lo entiende: incluso nuestros científicos más brillantes aún no han desentrañado por completo la Mecánica Cuántica. Pero por eso los electrones siguen siendo raros, y por eso su posición en el tiempo y el espacio siempre será precaria.

    curva de reflectancia de una manzana

    Fig. 6 Representación clásica de un electrón en órbita

    curva de reflectancia de una manzana

    Fig 7 Mecánica cuántica Nube de electrones

    La luz es a la vez partícula y onda

    Es fácil percibir la luz como partículas debido a su comportamiento: Rebota en paredes y espejos, como lo haría una pelota de tenis. Aunque no podemos ver las partículas de luz, deducimos que lo son por su comportamiento.

    La luz, al mismo tiempo, también es una onda, no porque podamos ver la luz como ondas acuosas, sino por su comportamiento. Hubo un experimento famoso llamado el experimento de la doble rendija en el que se envió luz a través de dos rendijas y el resultado fue sorprendentemente similar a cómo las ondas de agua pasan a través de esas mismas dos rendijas. Como la luz se comportaba a la vez como partícula y como onda, se consideró que la luz era ambas cosas.

    curva de reflectancia de una manzana

    Fig 8 Fotones de luz. Cada fotón tiene una longitud de onda de color.

    Utilizar un espectrómetro para distinguir partículas y ondas

    Un fotómetro puede medir y ver tanto los aspectos de partícula como de onda de la luz. La luz está formada por partículas llamadas fotones. Un espectrómetro o medidor de luz puede medir el número de fotones procedentes de la luz midiendo LUX o PPFD (luces de cultivo). Cuanto mayor sea el LUX, más fotones incidirán en un metro cuadrado.

    Un espectrómetro es un sofisticado medidor de luz que también puede medir ondas, y estas ondas tienen una frecuencia asociada a un color específico. Los colores más azules tienen frecuencias más cortas y los rojos, más largas.

    Cada fotón tiene asociada una frecuencia de longitud de onda, que determina su color, y un espectro tomado por el espectrómetro puede mostrar el número relativo de fotones de cada color visible en una luz.

    Fig 11 Los colores más azules tienen frecuencias más cortas, los rojos más largas

    LUX

    Fig 9 Medición LUX (lúmenes / metro cuadrado)

    curva de reflectancia de una manzana

    Fig 10 Medición del espectro desde el espectrómetro (incandescente, LED)

    Conclusión – Descorrer las cortinas de lo que es la luz.

    La luz es una liberación de energía, como el chasquido de una goma elástica. Tienes que entender los electrones en órbita que son empujados a un estado superior. Debido a la incertidumbre de su existencia, los electrones vuelven fácilmente a su estado natural, liberando energía en forma de fotones. Este continuo subir y bajar de miles de millones de electrones produce una corriente de luz que ya no tenemos por qué dar por sentada.

    Cualquiera puede ser científico.

    Fig. 12 Toda iluminación utiliza electrones que caen para producir fotones de luz.

    MK350S y Wing Wireless Card

    Fig 13 – Espectrómetro completo MK350S Premium

    MK350S Premium es el espectrofotómetro completo de UPRtek.

    Los proyectos en los que la luz es un factor crítico se enfrentan al reto de contar con instrumentos incómodos que carecen de precisión, flexibilidad, comodidad, almacenamiento de datos y conectividad con otros dispositivos.

    El espectrómetro portátil MK350S Premium es un dispositivo de laboratorio polivalente utilizado por investigadores, profesores, diseñadores de iluminación, fabricantes de LED y organizaciones de normalización de la iluminación, que ofrece una completa gama de funciones y métricas de iluminación para abordar cualquier reto de iluminación bajo el sol.

     

     

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    UPRtek (est. 2010) es un fabricante de instrumentos portátiles de medición de luz de alta precisión; Espectrómetros de mano, medidores de PAR, Espectrorradiómetros, Soluciones de Calibración de Luz.

    La sede central, la I + D y la fabricación de UPRtek tienen su sede en Taiwán, con representación mundial a través de nuestros revendedores globales certificados.

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    ¿Qué es un espectrómetro, un espectrofotómetro o un espectrorradiómetro?

    En el ámbito de los dispositivos espectrales, destacan tres aparatos: un Espectrómetro, un Espectrofotómetro y un Espectrorradiómetro. Sin embargo, estos términos se han utilizado tan indistintamente que nos hemos sentido obligados a aclarar sus diferencias en un breve artículo.

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