3º Curso DATOS DE LA ASIGNATURA

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1 DATOS DE LA ASIGNATURA Denominación: Óptica Aplicada a la Química Código: Clase: Optativa Curso: 3º Carácter: Cuatrimestral Cuatrimestre: 2º Créditos LRU: 6 Teóricos: 4.5 Prácticos: 1.5 Créditos ECTS: 5.5 Horas totales asignatura: 136 Descriptores: (BOE) Óptica geométrica y dispositivos ópticos. Óptica ondulatoria. Interacción luz-materia. Coherencia. El láser. Temas avanzados en óptica: holografía, óptica no-lineal. Departamento: Física Aplicada Área de conocimiento: Física Aplicada PROFESORADO Nombre Ubicación Horario tutorías Responsable(s): Miguel Ángel Arranz Monge Facultad de L y X de 17:00 Químicas a 20:00 Otros: PLANIFICACIÓN DOCENTE 1. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA - Conocimiento conceptual y descriptivo de la Optica, a través de la óptica de rayos, la óptica electromagnética y la cuántica. Demostración al alumno de la necesidad y validez de la Optica para la comprensión de los fenómenos lumínicos y como base de técnicas de análisis en Química. - Aprendizaje y uso por parte del alumno del método científico en las Ciencias: manejo en los ejercicios y en las prácticas de laboratorio. - Constatación experimental de la validez de los modelos teóricos desarrollados en clase. Introducción a la investigación científica. - Empleo de los métodos estadísticos con el objeto de manejar, tratar y examinar los datos experimentales (prácticas de laboratorio) y sus correspondientes errores. Pág. 1/7

2 2. COMPETENCIAS Y DESTREZAS TEÓRICO-PRÁCTICAS A ADQUIRIR POR EL ALUMNO Al acabar el curso los alumnos deben de haber adquirido los conocimientos necesarios desarrollar las siguientes competencias/destrezas: a) Transversales generales Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organización y planificación Exposición y discusión en público. Comunicación oral Trabajo en equipo Empleo del entorno informático como herramienta de expresión o fuente bibliográfica (gestión de la información) Aprendizaje autónomo Creatividad Motivación por la calidad b) Transversales académicas Uso correcto del método de inducción (método científico) Equilibrio entre la teoría y la experimentación Resolución de ejercicios prácticos: empleo de modelos teóricos previos, reconocimiento de nuevos problemas y diseño de nuevas estrategias para su resolución Capacidad para medir, procesar, y analizar datos experimentales. Capacidad para diseñar nuevos experimentos Conocimiento y aprendizaje de instrumental científico Destreza para la interpretación de los datos experimentales en términos de su significación y de las teorías existentes c) Específicas (conocimiento) Disponer de los fundamentos teóricos mínimos que permitan entender los distintos modelos de propagación de la luz (rayos, ondas EM, caudal de fotones) y de la naturaleza de la luz. Disponer de los fundamentos teóricos mínimos que permitan explicar los fenómenos lumínicos en términos de las interacciones físicas Disponer de los fundamentos teóricos mínimos para comprender el papel de las interacciones electromagnéticas y cuánticas en el nivel atómico. Conocimiento suficiente del origen ondulatorio-corpuscular de la luz y su interacción con los medios materiales Conocer el fundamentos de las distintas fuentes de radiación Recomendaciones para los alumnos: Pág. 2/7

3 3. TEMARIO TEÓRICO-PRÁCTICO Tema 1. Introducción histórica. Tema 2. Óptica Geométrica. 2.1 Repaso de ondas: definición, función de onda, ondas armónicas, longitud de onda, frecuencia, fase y desfase. Ecuación de ondas, velocidad de propagación y de oscilación. Ondas en 3D: vector de onda, frente de ondas. 2.2 Métodos de medida de la velocidad de la luz. 2.3 Aproximación de rayo. Leyes de Snell empíricas, velocidad de la luz en medios materiales, índice de refracción. 2.4 Principio de Huygens, deducción de leyes Snell a partir de él. 2.5 Principio de Fermat, deducción de leyes de Snell a partir de él. 2.6 Dispersión. Prisma de Newton. Arco Iris. 2.7 Formación de imágenes: espejos planos. Retrodispersión. 2.8 Formación de imágenes: espejos esféricos. Ecuación del espejo 2.9 Formación de imágenes por refracción 2.10 Lentes delgadas. Ecuación del constructor de lentes. Potencia. Lentes convergentes y divergentes. Trazado de rayos. Lentes de Fresnel Instrumentos ópticos: ojo humano, lupa, microscopio compuesto, telescopio, cámaras fotográficas. Tema 3. Ondas electromagnéticas 3.1 Campos eléctricos y magnéticos en la materia: Polarización, Desplazamiento eléctrico, Campo magnetizante e Imanación. 3.2 Repaso del sentido físico de las ecuaciones de Maxwell en el vacío y en medios materiales. Formas integral y diferencial. 3.3 Ondas electromagnéticas: deducción de la ecuación de onda. Solución de la ecuación para ondas planas monocromáticas. Características de las ondas electromagnéticas deducidas a partir de las ecuaciones de Maxwell: perpendicularidad de E, B y la dirección de propagación. 3.4 Energía electromagnética: intensidad y presión de radiación. Vector de Poynting. Aplicaciones y ejemplos: navegación solar, molino de Maxwell, polvo interplanetario 3.5 El espectro electromagnético: características y aplicaciones de las ondas en función de su longitud de onda. 3.6 Polarización. Definición y tipos: lineal, circular elíptica, natural. Ley de Malus. Métodos de obtención de luz polarizada: Dicroísmo: rejillas de alambre, turmalina, polaroide Birrefringencia: calcita, haz ordinario y extraordinario. Prisma de Glan. Prisma de Wollaston Esparcimiento (scattering). Filtros fotográficos polarizadores Reflexión: ángulo de Brewster 3.7 Láminas retardadoras 3.8 Aplicaciones: Microscopios de luz polarizada Actividad óptica: polarímetros Efectos Kerr y Faraday Pantallas de cristal líquido (LCD) Cine en 3D Tema 4: Interferencia y Difracción 4.1 Superposición de ondas de igual frecuencia en una dimensión: métodos algebraico, complejo y fasores. 4.2 Superposición de ondas de distinta frecuencia. Batidos Pág. 3/7

4 4.3 Interferencia de ondas tridimensionales. Estudio general de la Irradiancia. Condiciones de coherencia para la interferencia 4.4 Interferómetros de división de frente de Onda: doble rendija de Young, espejo doble y biprisma de Fresnel, espejo de Lloyd 4.5 Interferómetros de división de amplitud: Michelson-Morley, Match-Zender y variantes. Películas dieléctricas (anillos Newton). 4.6 Tratamiento de Stokes de la reflexión y la refracción en ausencia de absorción. Interferencia de haces múltiples. El interferómetro de Fabry-Pérot. 4.7 Aplicaciones: recubrimientos antireflejantes monocapa y multicapa. Determinación de espesores de películas por reflectividad de rayos-x. 4.8 Introducción a la difracción. Distinción entre interferencia y difracción. Principio de Huygens-Fresnel. Difraccion de Fresnel y Fraunhofer. 4.9 Interferencia de N fuentes coherente y sincrónicas. Caso no sincronico 4.10 Poder de resolución de un dispositivo de imagen. Rendijas alargadas y circulares Difraccion de Fraunhofer de una y dos rendijas. Tema 5: Interacción Luz-Materia - Origen del concepto de fotón: situación de la óptica a finales del siglo XIX - Radiación de un cuerpo negro y la contribución de Plank - El efecto fotoeléctrico - Emisión de luz por átomos: espectros de líneas - Concepto de fotón. Momento de los fotones y presión de radiación. Efecto Compton - Tipos de interacción mecano-cuántica de la luz con el átomo - Dispersión Rayleigh - La transmisión de luz: Indice de refracción - La transmisión de luz: Dispersión cromática y materiales ópticos interesantes Tema 6. El Láser - Introducción histórica - Emisión espontánea, absorción y emisión estimulada (amplificación de luz) - Coeficientes de Einstein. Inversión de población. Bombeo óptico - El láser de rubí - El láser de Helio-Neon - Otros tipos de láser: de estado sólido, de semiconductores - Algunas aplicaciones del láser. PRACTICAS DE LABORATORIO 1. Difracción de luz láser por una rendija 2. Espectroscopia con Red de Difracción; Emisión de la lámpara de Argón 3. Determinación del índice de refracción de NaCl:H2O y otras sales 4. Espectroscopia de absorción en permanganato de sodio 5. Espectroscopia: dispersión cromática en un prisma de vidrio 6. Polarización lineal. Ley de Malus Pág. 4/7

5 4. DISTRIBUCIÓN DE ACTIVIDADES H O R A S Tiempo presencial Factor aplicable Tiempo personal TOTAL Clases magistrales Laboratorio Tutoría obligatoria Seminario / talleres Trabajo individual Evaluaciones continuas Exámenes periodos establecidos Tiempos totales PLANIFICACIÓN TEMPORAL Códigos para las tareas: C = clase magistral; L = laboratorio; T = tutoría; S = seminario; TI = trabajo individual; E = evaluaciones continuas; EX = examen. Enero C C C C = 3 E (1 hora) = 0 Febrero Marzo Abril Mayo C S Lx2 C C Lx2 C C S E C C C C C T C E T E TIx2 S T C E S C C C L C S C C C S C S C S C S C = 9 S = 3 T = 1 C = 8 S = 2 T = 1 L = 2 C = 5 S = 3 T = 1 L = 2 S = 1 TI = 2 Pág. 5/7

6 6. METODOLOGÍA DOCENTE 1) Clases magistrales (C): se dedican a la exposición del temario de la asignatura por parte del profesor 2) Seminarios (S y St): se dedican al trabajo interactivo del alumno y del profesor sobre la resolución de ejercicios prácticos 3) Tutorías (T): sesiones para la resolución de dudas, realización de ejercicios adicionales, conferencias, preparación de los seminarios, exposiciones o exámenes (asistencia obligatoria a las marcadas con asterisco, véase la planificación temporal de la asignatura) 4) Trabajos individuales o en grupo (TI): exposiciones de los alumnos (asistencia obligatoria). Su número definitivo dependerá de cuántos alumnos cursen la asignatura mediante este método docente. 5) Prácticas de laboratorio (obligatorias): realización de un experimento de Óptica Aplicada (véase el listado de prácticas disponibles). Habrá 4 sesiones de dos horas cada una para la realización de la práctica. 7. CRITERIOS DE EVALUACIÓN De acuerdo con su concepción inicial (véase la distribución de créditos) la asignatura de Optica consta de parte teórica y experimental y, consecuentemente, es obligatorio superar ambas partes para aprobar toda la asignatura. Para la evaluación de la parte no experimental de la asignatura (clases y seminarios), el alumno deberá elegir entre uno de los dos itinerarios aquí propuestos: - Evaluación continua por medio de exámenes-controles (4) para aquellos que asistan al 80% de las clases y realicen los trabajos individuales (TI). La nota será la media aritmética de dichos exámenes-controles que constarán de preguntas teóricas y ejercicios prácticos. Una vez aprobada esta parte teórica, se añadirá la nota de los trabajos y aportaciones del alumno (tutorías, trabajos individuales o en grupo, etc ), lo que constituirá en su conjunto el 80% de la nota total de la asignatura. - Evaluación final (convocatoria ordinaria) por medio de un único examen teórico práctico para aquellos que no sigan las condiciones del apartado anterior. El resultado obtenido será directamente el 80% de la nota final de la asignatura La parte experimental (prácticas de laboratorio) se evaluará mediante la revisión de los informes redactados por el alumno sobre las prácticas realizadas en el laboratorio, constituyendo el 20% de la nota final de la asignatura. Pág. 6/7

7 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA 1. Óptica, E. Hecht, Ed. Addison-Wesley 2. Física (Vol. II), R.A. Serway y J. Jewett, Ed. Thomson- Paraninfo 3. Física (Vol. II), P.A. Tipler y G. Mosca, Ed. Reverté 8.2. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 1. Optica Física: Problemas y ejercicios resueltos, F.Carreño y M.A. Antón, Ed. Prentice-Hall Pág. 7/7