Cap 1 Propiedades Radiacion Electromagnetica

7/25/2019 Cap 1 Propiedades Radiacion Electromagnetica

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RADIACIONELECTROMAGNETICA


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Introduccin

La radiacin electromagntica es una forma de energa que

se transmite por el espacio a una velocidad de 3 x 108 m/s.

La radiacin electromagntica no necesita de un medio deapoyo para transmitirse.

Los fenmenos de propagacin, comportamiento einteraccin con la materia que presenta la radiacinelectromagntica se explican por medio de su propiedaddual deondaypartcula.

El modelo ondulatorio ayuda a explicar el fenmeno de propagacin,reflexin, refraccin, difraccin.

El modelo corpuscular ayuda a explicar los procesos asociados con laabsorcin y emisin de energa radiante.


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Propiedades de onda

El modelo ondulatorio considera a la radiacin

electromagntica como ondas sinusoidales que viajan en elespacio con un campo elctrico oscilante perpendicular alcampo magntico.

E = Aesen (2t + )

donde E es la magnitud del campo elctrico en el momento t; Aees la

amplitud mxima del campo elctrico, es la frecuencia y es elngulo de fase.


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Propiedades de onda

Amplitud(A).- Es la longitud del vector del campo elctricoen el punto mximo de la onda.

Longitud de onda().- Es la distancia lineal (m, cm, nm)entre dos puntos mximos sucesivos de la onda.

El recproco de la longitud de onda se denominanmero de onda.

Frecuencia().- Es el nmero de oscilaciones del vector del

campo elctrico por unidad de tiempo. (Hz o s-1

)


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Velocidad de propagacin

En el vaco, la luz viaja a su mxima velocidad, con un valor

de 3x108 m/s, y se representa comoc. Velocidad de propagacin.- c=

En cualquier otro medio diferente al vaco, la luz viaja amenor velocidad que c, debido a las interacciones del

campo electromagntico con los tomos o molculas delmedio. En el aire, la velocidad es 0.03% menor a la delvaco.

La longitud de onda depende del medio de propagacin.

La frecuencia solo depende de la fuente, no del medio depropagacin.


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Propiedades de partcula

El modelo cuntico considera a la radiacin

electromagntica como un flujo de partculas discretas deenerga denominadascuantosofotones.

Cada fotn posee una cantidad de energa que estadirectamente relacionada con su frecuencia:

E = h

Donde: hes la constante de Planck = 6.63 x 10-34 J s.

Por lo tanto, la energa de la radiacin electromagntica es

directamente proporcional a la frecuencia y al nmero de onda, einversamente proporcional a la longitud de onda.


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Espectro electromagntico


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Espectro visible

Corresponde a la parte del espectro electromagntico

posible de ser captado por el ojo humano.

La luz visible forma parte de una estrecha franja que vadesde longitudes de onda de 380 nm (violeta) hasta los 780nm (rojo).


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FENOMENOS ASOCIADOS ALA PROPIEDAD DE ONDA DELA RADIACION

ELECTROMAGNETICA


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Difraccin de la radiacin

Es un fenmeno caracterstico de las ondas que consiste en

la dispersin y curvado aparente de las ondas cuandoencuentran un obstculo.

La difraccin es una consecuencia de la interferencia.

Interferencia constructiva.- Cuando las ondas estn en fase. Losvectores del campo elctrico se suman.

Interferencia destructiva.- Cuando las ondas estn desfasadas. Losvectores del campo elctrico se restan.


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Deber: Determinar una expresin que permita calcular la

longitud de onda a partir del fenmeno de difraccin.


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Refraccin de la radiacin

Es el cambio de direccin que experimenta la radiacin

electromagntica cuando incide con cierto ngulo deinclinacin la interfase de dos medios transparentes dediferente densidad.


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Refraccin de la radiacin

Ley de Snell:

Donde:

v = velocidad de propagacin1= ngulo de incidencia

2= ngulo de refraccin

n = ndice de refraccin del medio

Si n1= n2 no existe refraccin.

A mayor diferencia entre n1y n2, mayorrefraccin existe.

Si 1=0, no existe refraccin.


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Reflexin de la radiacin

Cuando un rayo de luz incide en la interface de dos medios

que tienen ndices de refraccin diferentes, parte o toda laluz regresa al medio inicial.

La fraccin reflejada es mayor mientras mas aumente la diferenciaentre los ndices de refraccin de los medios.

Para un haz que incide perpendicularmente en una interfase, lafraccin reflejada viene dada por:

donde, I0 es la intensidad del haz incidente, Ir es laintensidad reflejada, n1 y n2 son los ndices de

refraccin de los dos medios.


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FENOMENOS ASOCIADOS A

LA PROPIEDAD DEPARTICULA DE LA

RADIACIONELECTROMAGNETICA


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Efecto fotoelctrico

Consiste en la emisin de electrones desde un material

metlico cuando este es iluminado con radiacinelectromagntica de determinada frecuencia.

Para cada metal hay una frecuencia mnima o umbral de la radiacinelectromagntica por debajo de la cual no se producen

fotoelectrones por ms intensa que sea la radiacin.

Animacin
http://www.lewport.wnyric.org/mgagnon/Photoelectric_Effect/photoelectriceffect1.htmhttp://www.lewport.wnyric.org/mgagnon/Photoelectric_Effect/photoelectriceffect1.htm


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Efecto fotoelctrico

Energa del fotn: E = h= eVo + w

Donde:

e, es la carga del electrn

Vo, es el voltaje umbral

h, es la constante de Planck

, es la frecuencia de la radiacin

w, es la energa necesaria para extraer el electrn, caracterstica delmetal.

Taller: Calcular la constante de Planck a partir de los siguientes datos:


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Absorcin de la radiacin

Cuando la radiacin pasa a travs de un slido, lquido o

gas, ciertas frecuencias pueden ser eliminadasselectivamente por absorcin, un proceso en el que laenerga electromagntica se transfiere a los tomos, iones omolculas constitutivas de la muestra.


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La absorcin promueve a stas partculas desde su estado

normal o fundamental a uno o varios estados excitados deenerga ms elevada.

Segn la teora cuntica, los tomos, molculas o iones solotienen un nmero limitado de niveles de energa discretos.

Para que se produzca la absorcin de la radiacin, laenerga de los fotones excitadores debe coincidirexactamente con la diferencia de energa entre el estadofundamental y uno de los estados excitados.


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Niveles de energa


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Tipos de transiciones


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Proceso de relajacin

Es el proceso mediante el cual, una molcula excitada por

absorcin de radiacin, regresa a su estado fundamental.

Relajacin no radiante: Supone la perdida de energa atravs de colisiones entre las molculas, donde la energade excitacin se transforma en energa cintica, resultando

en un pequeo aumento de la temperatura del sistema.

Relajacin radiante: Supone la perdida de energa en formade radiacin, es decir, en emisin de nuevos fotones, perogeneralmente, de longitud de onda mayor.

Fluorescencia: Tiene un tiempo de vida entre 10-4 a 10-8 s.

Fosforescencia: Tiene un tiempo de vida entre 10-4 a 102 s.


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Espectros tpicos

IR:

UVVIS:


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Espectros tpicos

Masas:

RMN:

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