Espectroscopía óptica

Transcripción

1 El color del mundo CNyN-UNAM

2 En esta práctica estudiaremos la razón de los colores que vemos. Esto tiene diferentes ángulos, fuente de luz, interacción luz materia, separación de los colores para mejor claridad, detección de la luz. Cada fase tiene sus complicaciones en si misma, de manera que veremos de forma supercial cada parte, dejando a los interesados bibliografía en la cual pueden buscar mayor profundidad de cada tema. Llevaremos la espectroscopía a las aplicaciones prácticas, tanto de la vida diaria como en ámbito cientíco.

3 Esquema de la plática 1 Sobre la luz y sus modelos Onda electromagnética Partícula 2 Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros 3 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores 4 Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

4 Fuente y detector

5 Fuente y detector

6 Fuente y detector

7 Onda electromagnética Partícula La pregunta de que si la luz es un río de partículas o de ondas es un tema muy viejo. Esta formulación de "si es esto o aquello" era natural clásicamente y no cabía el "ambos-y" ni aún el "ninguno - ni" que es la solución actual. Al inicio del siglo XIX los experimentos mostraban que la luz es un movimiento ondulatorio (Thomas Young) en oposición a la teoría corpuscular de Isaac Newton [5].

8 Onda electromagnética Partícula

9 Onda electromagnética Partícula La luz es radiación electromagnética de una longitud de onda que es visible al ojo humano (en el rango de 400 a750nm). La teoría matemática del electromagnetísmo, James Clerk Maxwell, 1864, llevó a la idea de que la luz es una onda electromagnética, propagándose como una onda desde la fuente al receptor. H. Hertz descubrió experimentalmente la existencia de ondas electromagéticas a radio frecuencias, en 1880.

10 Onda electromagnética Partícula c = λ τ k = ω v = ω ɛµ = ω (K e ɛ 0 ) (K m µ 0 )

11 Onda electromagnética Partícula En los textos de física hay dos fenómenos que se citan como demostración de la naturaleza de la luz como partícula: 1 el efecto fotoeléctrico y 2 el esparcimiento Compton de los rayos X. Einstein repitió los cálculos estadísticos, partiendo de la fórmula de Planck, que es más general que la de Wien, y llegó a la conclusión que ambos conceptos, de onda y partícula pueden coexistir.

12 Filtros de color Sobre la luz y sus modelos Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros

13 Filtros de color Sobre la luz y sus modelos Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros

14 Interferencia Sobre la luz y sus modelos Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros

15 Interferencia en películas delgadas Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros

16 Dispersión del índice de refracción Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros n i sin θ i = n t sin θ t n(λ) dispersion

17 CD y DVD Sobre la luz y sus modelos Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros Ley de Bragg a (sin θ i + sin θ d ) = mλ CD, θ d = 24,7 o a = 1, 523 nm DVD, θ d = 55 o a = 775 nm

18 Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros Figura: Rendijas y Rejillas

19 Difracción con agua y electrones Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros Ley de Bragg a (sin θ i + sin θ d ) = mλ

20 Sobre la luz y sus modelos Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros Rejillas de difracción Rejilla de difracción simple Discos Blue-ray y HD-DVD almacenan más datos que los CD y DVD. Las marcas, que constituyen los 1s y 0s digitales, pueden ser menores porque se leen con luz azul-violeta, que tiene longitud menor que el láser rojo. Posicionando la capa de datos más cerca del láser (diagramas a la derecha) permite un mejor foco y menor distorsión y por lo tanto marcas y surcos más pequeños. Mark Fischetti, Scienti c American, pag. 98, Agosto 2007

21 Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros

22 Filtros de color, Prismas, interferencia y rejillas Espectrómetros 1,2,3.- Entrada de bra óptica 4.- Espejo colimador 5.- Rejilla de difracción 6.- Espejo formador de imagen 7.- Espectro de la luz 8.- Detector CCD

23 Polarización de un dipolo Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

24 Radiación de un átomo Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

25 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

26 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

27 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

28 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

29 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

30 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores Ley de radiación de Planck, 1900 Densidad de energía: u(ν, T ) = 8πν2 c 3 hν e hν /kt 1

31 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

32 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

33 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores Radiación cósmica de fondo

34 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

35 Óptica del ojo Sobre la luz y sus modelos Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

36 Sensores del ojo, conos y bastones Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

37 Limitaciones del ojo Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

38 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

39 Interacción luz materia Plasmas Cuerpo negro Detectores

40 Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

41 Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

42 Conservación de la energía Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

43 Reexión especular Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

44 Reexión difusa Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

45 R, T, S Sobre la luz y sus modelos Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

46 Blance de energía Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

47 Sobre la luz y sus modelos Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

48 Luminiscencia Sobre la luz y sus modelos Respuesta del instrumento Modos de medir R+T+A+S=1 Absorción

49 Espectro solar Plasma de Ne, Ar, Hg Materiales luminiscentes Pantalla de cristal líquido Espectro de la piel Hojas y clorola

50 Acoustics and Vibration Animations, Óptica, 3a Ed., E. Hecht, Addison Wesley, Método estadístico and c,