Espectro Luminoso.docx

Espectro Luminoso

Arco iris [1]

cat.: espectre lluminós m.; eng.: spectrum.

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m. Distribución de la energía irradiada desde una fuente luminosa, la cual viene ordenada por valores de longitud de onda; es particular la secuencia matizada por la descomposición de la luz, en los colores del arco iris, este fenómeno se produce cuando la luz solar se descompone pasando a través de un prisma refractor.

También se le denomina Espectro Solar, o colores del arco iris.

Espectroscopios Los espectroscopios se usan a menudo en astronomía y en algunas ramas de la química. Los primeros aparatos de este tipo eran simplemente un prisma con graduaciones que marcaban las longitudes de onda de la luz. Los espectroscopios modernos, como los monocromadores, generalmente usan una rejilla de difracción, una hendidura móvil y una especie de fotodetector, además de estar automatizados y controlados por un ordenador. El espectroscopio fue inventado por Gustav Robert Georg Kirchhoff y por Robert Wilhelm Bunsen. Cuando un material se calienta hasta la incandescencia emite una luz que es característica de la composición atómica del Comparación de diferentes espectrómetros basados en la difracción: reflexión material. Las frecuencias de luz particulares óptica, refracción óptica y fibra óptica. dan lugar a bandas bruscamente definidas en la escala, que son similares a huellas digitales. Por ejemplo, el elemento sodio tiene una doble banda amarilla muy característica, conocida como líneas D del sodio a 588.9950 y 589.5924 nanómetros, cuyo color será familiar a quien haya visto una lámpara de vapor de sodio de baja presión. En el diseño del espectroscopio original, a principios del siglo XIX, la luz entraba en una hendidura y una lente colimadora transformaba la luz en un haz delgado de rayos paralelos. La luz pasaba entonces por un prisma (en espectroscopios portátiles, por lo general un prisma Amici) que refractaba el haz de luz en un espectro, debido a que las diferentes longitudes de onda eran refractadas en cantidades diferentes por la dispersión. Esta imagen se veía entonces a través de un tubo con una escala que se transponía sobre la imagen espectral, permitiendo su medida directa.

Con el desarrollo de la película fotográfica, se creó el espectrógrafo, que era más exacto. Estaba basado en el mismo principio que el espectroscopio, pero tenía una cámara en lugar del tubo de inspección. En años recientes, la cámara ha sido sustituida por circuitos electrónicos construidos alrededor del tubo fotomultiplicador, permitiendo el análisis espectrográfico en tiempo real con mucha más exactitud. En los sistemas espectrográficos también se usan series de fotosensores en lugar de la película. Tal análisis espectral, o espectroscopia, se ha convertido en un importante instrumento científico para analizar la composición de material desconocido,

y para estudiar fenómenos y teorías astronómicas. El espectrómetro mide longitudes de onda.

Orígen

Los primeros espectroscopios contenían prismas de vidrio para realizar la dispersión de las radiaciones luminosas, gracias a los diversos ángulos de refracción que presentan los diferentes colores (o longitudes de onda) de la luz blanca. También se emplearon para este mismo objetivo redes de difracción, otro fenómeno que permite la separación de las radiaciones que forman la luz blanca. Se suele atribuir a los alemanes Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff la creación del primer espectroscopio a mediados del siglo XIX. En realidad, varios autores realizaron instrumentos semejantes en períodos anteriores, incluyendo, en algunos casos, propuestas para el empleo de los espectros en el análisis químico. A principios del siglo XIX, Joseph Von Fraunhofer (1787-1826) realizó importantes investigaciones sobre el espectro solar que le permitieron observar una serie de líneas negras que ahora llevan su nombre. Los estudios de Fraunhoferfueron el resultado de su interés por la obtención de luz homogénea para el correcto funcionamiento de sus instrumentos ópticos. También se impulsaron estudios sobre los espectros por parte de autores interesados en la nueva teoría ondulatoria de la luz o las propiedades de la chispa eléctrica. La aplicación de los espectros al análisis químico contó con algunos pioneros como William Talbot(1800-1877) que, tras estudiar diversos espectros de llama, llegó a afirmar que "siempre que el prisma muestra que un rayo homogéneo de cualquier color existe en la llama, este rayo indica la formación o la presencia de un compuesto químico definido". Estos intentos pioneros, sin embargo, tuvieron una limitada aplicación debido a problemas teóricos y prácticos: muchos espectros de llama parecían más complejos de lo que inicialmente se había pensado y las líneas de Fraunhofer seguían sin contar con una explicación aceptable. En los años cincuenta, diversos factores confluyeron para que se multiplicaran los estudios sobre espectros, tales como los realizados por William Swan, profesor de la Scottish Naval and Military Academy, que le condujeron a constatar la gran sensibilidad del análisis espectral, que permitía detectar cantidades muy pequeñas de ciertos elementos como el sodio. Todo ello, le permitió explicar la presencia generalizada de la línea D del sodio y remarcar la necesidad de trabajar con grandes precauciones respecto a la pureza de las muestras y las llamas empleadas. El mechero introducido por Bunsen en esos años permitió solucionar algunos de estos problemas.

Constitución

El espectroscopio consta de un prisma, un colimador y un telescopio cuya óptica es de diseño acromático, lo que permite una observación nítida de todo el espectro. Dichos elementos se encuentran rígidamente unidos al cuerpo central, el que vincula ala base metálica mediante una columna de altura regulable. En la parte inferior del cuerpo central se encuentra un dispositivo iluminador de escala.

Espectroscopio ECYT 12-810   

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Prisma triangular equilátero de vidrio Flint (n=1.65) Colimador formado por una ranura fija (0.2mm) y un sistema de lentes acromáticos montados sobre tubo de aluminio de 25x100mm. Telescopio de observación,constituido por un objetivo acromático montado sobre el tubo de aluminio y objetivo montado sobre un tubo de bronce cromado con escala incluida. Cuerpo central o cilíndrico, de 90mm de diámetro, 50mm de espesor. Base soporte, rectangular 100x150mm, con sistema de freno para fijación de columna, de hierro fundido pintado. Columna cilíndrica de hierro cromado de 15x130mm. Iluminador de escala, con pantalla difusora

Principio de funcionamiento Existen una gran diversidad de métodos y técnicas relacionadas con la espectroscopia por lo que existe un gran número de diseños de espectroscopios con características muy diferentes entre sí, de modo que resulta difícil reconocer la existencia de unos fundamentos teóricos comunes. Los espectroscopios descomponen la luz incidente dispersándola en diferente radiaciones monocromáticas, esto permite la observación directa del espectro de un determinado elemento. La dispersión se puede realizar por refracción (espectroscopio de prisma) o por difracción (espectroscopio de red). El espectroscopio de prisma está formado por una rendija por la que penetra la luz, un conjunto de lentes, un prisma y una lente ocular. La luz que va a ser analizada pasa primero por una lente colimadora, que produce un haz de luz estrecho y

paralelo, y después por el prisma, que separa este haz en las distintas radiaciones monocromáticas (colores) que lo componen. Con la lente ocular se enfoca la imagen de la rendija. Las líneas espectrales que constituyen el espectro no son en realidad sino una serie de imágenes de la rendija. Un proceso natural en el que se da esta situación es el arco iris que aparece en momentos de lluvia con presencia de luz solar suficiente, de modo que las gotas de agua actúan como pequeños prismas que separan las diferentes radiaciones. El espectroscopio de red dispersa la luz utilizando una red de difracción en lugar de un prisma. Una red de difracción es una superficie especular de metal o vidrio sobre la que se han dibujado con un diamante muchas líneas paralelas muy finas. Tiene mayor poder de dispersión que un prisma, por lo que permite una observación más detallada de los espectros.

Tipos de Espectroscopios

Espectroscopio diseñado por el fabricante francés Jules Duboscq

Espectrómetro que Anders Jonas Angstrom (1814-1874) empleó para el estudio del espectro del Sol aparecido en 1868.

Espectroscopio empleado en el Kew Observatory para el estudio del espectro solar

Espectroscopio de desviación constante fabricado por la empresa londinense Adam Hilger

Espectroscopio El espectroscopio es el instrumento que se utiliza para el análisis de la luz separando sus longitudes de onda. Los espectros de emisión se pueden ver en el espectroscopio como líneas de color (frecuencia emitida) sobre un fondo negro. Los espectros de absorción señalan todos los colores entremezclados con líneas negras (frecuencias absorbidas). Para producir la descomposición de una luz compuesta de varis colores Newton utilizó el prisma, que hacía desviar de forma diferente a cada color (longitud de onda) al ser atravesado por el rayo. Simulación del comportamiento del prisma. Después se utilizaron las "redes de difracción", que consiste en una base (transparente o reflectante) con rendijas muy pequeñas, en cada milímetro pueden entrar entre 500 hasta más de 1000 rendijas, que hacen que cada color del rayo de luz se disperse en todas las direcciones (difracción) , pero que luego en cada una de las dimensiones de onda iguales (color) derivado de cada uno de los rayos del haz de luz blanca se refuerce o se destruya conforme a unas direcciones determinadas (interferencia constructiva o destructiva), obteniendo el mismo resultado que en el prisma: la descomposición de la luz poli cromática en sus componentes, pero esta vez con mayor vigor, es decir, con una mejor y más uniforme separación de los mismos. Un espectroscopio ayuda a buscar cuáles son los elementos emisores de luz, al separar la luz en los colores que se compone y presentar un espectro. Cada elemento de luz crea colores diferentes.

Gráficas e imágenes

Esta grafica muestra cuanto es la longitud y la intensidad de las ondas de cada color.

Esta imagen muestra que el prisma óptico descompone la luz que se transmite y este emite franjas de diferentes colores dependiendo la luz que se coloque en el prisma.

Esta grafica te mostrara algunos colores que se pueden observar en la descomposición de la luz.

Objetivo El objetivo de un espectroscopio es difundir la luz en diferentes longitudes de ondas para que se pueda ver a simple vista. La parte principal de un espectroscopio es el elemento dispersor. Hay dos principios ópticos de un espectroscopio con el que se puede dispersar la luz que es la refracción diferencial y la interferencia. La refracción da lugar a los espectroscopios del prisma y la interferencia da lugar a los basados en las redes de difracción. También existen componentes dispersores híbridos, que se pueden combinar en cada elemento. El objetivo de este experimento es que todos podamos ver todos los colores que compone la luz eléctrica. Por medio de él Espectroscopio, además de mostrar las diferentes franjas de colores, también (algunos más especiales) determinan la temperatura, el movimiento de un rayo de luz, la edad, el volumen de su masa, cuando tiene de luz y de distancia. Depende mucho de la luz que se esté reflejando ya que, por ejemplo, la luz blanca se muestra unas ondas más grandes que en la luz amarilla o el sol. Newton realizo este experimento: La luz blanca pasa a través del prisma, el cual la separa en los diferentes colores. Una pantalla opaca con una pequeña perforación es colocada en el

camino de la luz dispersada en correspondencia del rayo amarillo. Ese rayo (amarillo) es el único que puede pasar a través de la perforación y es enviado a un segundo prisma triangular. A la salida del prisma sigue habiendo solo luz amarilla. Por lo tanto si se repite con cada color, queda demostrado que el prisma no añade ni elimina colores.

Espectroscopio Sencillo -Materiales 

Una caja de cerillos grande (o cualquier caja de tamaño rectangular)

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Un CD (compact-disc o CD-rom).

-Procedimiento 

En primer lugar, vas a cortar el CD en trozos con mucho cuidado. Se necesita un trozo de CD de aproximadamente un tamaño 1/8 del disco.

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A continuación, tienes que recortar una ventana pequeña en la parte superior de la caja.

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Después, cortar y doblar el trozo de cartón para que se pueda abrir y cerrar la ventana.

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Ahora, pega el trozo de CD en el centro del interior de la caja. De tal forma que al abrir una rendija en el extremo de la caja la luz se pueda reflejar y difractar sobre el espejo incida en la ventana.

-Como utilizarlo 

Toma el espectroscopio y oriéntalo hacia una luz, por ejemplo de un foco.

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Prueba ahora con distinta luz.

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Intenta observar el espectro estelar del Sol (espectro de absorción). Ten cuidado de no enfocar directamente al Sol. Intenta identificar las líneas más características.

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Puedes ver los espectros de emisión de algunas lámparas de alumbrado público (blanca, de mercurio; amarilla, de sodio; etc.) y de algún anuncio luminoso de escaparate (por ejemplo, de gas neón, rojo).

-Resultado

Podrás observar cómo cambia la luz al enfocarlo, ya que este experimento hace que se descomponga la luz y se vea de distintos colores. Varía mucho la luz que se esté enfocando.

Conclusión En conclusión este proyecto te mostró todas las utilidades que puede tener un espectroscopio. Además, todo el procedimiento y materiales que necesitarías para construir un espectroscopio muy fácil. También te enseño que el espectroscopio nos permite determinar la temperatura, la composición química y el movimiento de una estrella (velocidad y dirección).A partir de allí, en forma indirecta, su edad, su estado evolutivo, su masa, su luminosidad y su distancia; además de su posición con respecto a una nube de gas cercana. Además, te enseño que el espectroscopio descompone la luz combinada que nos llega de las estrellas, en sus diferentes longitudes de onda (o colores si es en el campo visual).La radiación ultravioleta (UV) y visible comprende sólo una pequeña parte del espectro electromagnético, que incluye otras formas de radiación como radio, infrarrojo (IR), cósmica y rayos X. La radiación electromagnética puede considerarse una combinación de campos eléctricos y magnéticos alternos que viajan por el espacio con un movimiento de onda. Como la radiación actúa como una onda, puede clasificarse según la longitud de ésta o la frecuencia. El espectroscopio ha evolucionado y ha tenido muchos cambios. La han agregado más cosas para que sea aun más útil en toda su composición muestra muchas cosas para que un físicoquímico determine todo acerca de la luz. Newton realizo muchas cosas ya que fue un físico, astrónomo y matemático, y unos de tantos descubrimientos que hizo fue el espectroscopio, pero este era muy sencillo y lo fueron modificando, hasta el día de hoy.