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Descomposición por refracción de la luz blanca en un prisma
Descomposición por refracción de la luz blanca en un prisma

Toda radiación monocromática resultante de la descomposición de la luz o, más generalmente, de la radiación compleja; toda la radiación emitida, absorbida, difundida, etc., por un elemento, una especie química, bajo condiciones dadas.

FÍSICO

Por extensión, el espectro de una cantidad física corresponde a la distribución de esta cantidad en función de un parámetro como la energía, la frecuencia, la velocidad, etc. Se habla por ejemplo del espectro de energía de un gas, del espectro de frecuencia, del espectro de velocidad, etc. Así, un sonido complejo puede descomponerse en un espectro de frecuencias formado por sonidos puros de diferentes frecuencias. De manera similar, los iones en una mezcla compleja se pueden separar y clasificar de acuerdo con la relación entre sus masas atómicas y sus cargas eléctricas utilizando un espectrómetro de masas; el resultado obtenido se denomina espectro de masas.

Se dice un espectro continuado cuando todas las frecuencias sucesivas (o longitudes de onda) están presentes. en un espectro discreto, solo aparecen ciertas frecuencias. Distinguimos el espectro de absorción (conjunto de frecuencias absorbidas por una sustancia sometida a radiación) y el espectro de emisión (conjunto de frecuencias emitidas por una sustancia incandescente).

Los espectros de emisión y absorción de sólidos y líquidos son generalmente continuos, mientras que los de los gases son discretos: incluyen un cierto número de líneas, cuya ubicación caracteriza a una sustancia (análisis espectral). El carácter discreto de un espectro está ligado a las transiciones de electrones entre diferentes niveles de energía determinados. Así, el espectro caracteriza el conjunto de energías posibles que puede tomar un átomo (o una molécula).

1. El espectro electromagnético

El espectro electromagnético incluye todos los tipos de ondas electromagnéticas y, por lo tanto, cubre todos los rangos de frecuencia (o longitudes de onda). De las frecuencias más bajas a las más altas, encontramos: ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

→ electromagnetismo.

1.1. Los campos del espectro electromagnético

Se observará que la longitud de onda, denominada λ, y la frecuencia γ de una radiación están vinculadas entre sí por la relación: λ = contra, o contra es la velocidad de la luz en el vacío (contra = 3,108 Sra).

1.1.1. ondas de radio

Las ondas de radio tienen longitudes de onda entre 1 mm y varios miles de kilómetros. Emitidas por antenas diseñadas para este fin, las ondas de radio se utilizan en particular para transmitir señales de televisión o radio (→ radiodifusión). También se clasifican generalmente según su frecuencia expresada en hercios (Hz), constituyendo todas estas frecuencias el espectro de radiofrecuencia.

1.1.2. microondas

Las microondas son ondas de radio muy cortas, con longitudes de onda entre 1 mm y 300 mm. Se utilizan en particular en los hornos del mismo nombre (horno microondas) para calentar o recalentar alimentos, o (a mucha menor intensidad) en teléfonos móviles, para realizar o recibir llamadas.

1.1.3. infrarrojo

Los infrarrojos se encuentran (como su nombre indica) justo debajo del color rojo en la parte visible del espectro; sus longitudes de onda están entre 800 nm y 1 mm. Son emitidos especialmente por cuerpos calientes, como nuestro cuerpo por ejemplo; este fenómeno se aprovecha especialmente en termografía para producir un mapa de temperatura del cuerpo humano.

radiación térmica.

1.1.4. luz visible

El conjunto de longitudes de onda que el ojo humano puede percibir se denomina luz visible (o rango visible). Esta es la única parte del espectro que se puede ver a simple vista: también hablamos de espectro de luz (o espectro de luz blanca) para este rango de longitudes de onda entre 400 nm y 800 nm (1nm = 10-9 metro).

Fue Isaac Newton quien utilizó por primera vez el término espectro y propuso una explicación para el fenómeno de la descomposición de la luz blanca en 1666. Cuando un rayo de luz monocromática pasa de un medio transparente, como el aire, a otro medio transparente, como el vidrio o agua, su trayectoria se desvía por refracción.

La magnitud de la refracción, es decir el valor del ángulo de desviación, depende de la longitud de onda de la radiación considerada. La luz violeta, por ejemplo, se desvía con más fuerza que la luz roja cuando el aire pasa a través del vidrio o el agua. Por eso la luz del sol, que es la suma de los colores del arcoíris, se descompone cuando atraviesa un prisma de vidrio o gotas de agua.

Fue recién a finales del siglo XIXy siglo que James Maxwell y luego Heinrich Hertz demostraron la naturaleza electromagnética de la luz. La luz está compuesta por varias ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda; estas ondas son de otros tantos colores: desde el violeta (la más pequeña de las longitudes de onda de la luz visible) hasta el rojo (la más grande), pasando por el azul y el verde.

Más allá de estas longitudes de onda específicas, la onda electromagnética ya no es visible. La luz blanca, es decir la que nos llega en particular del Sol, está formada por todos los colores del espectro luminoso. Cuando un objeto iluminado a plena luz del día se nos aparece con un determinado color (rojo por ejemplo), es porque refleja ese color y absorbe todos los demás.

1.1.5. rayos ultravioleta

De la luz visible, la radiación de longitudes de onda más bajas transporta cada vez más energía. Aunque no podemos verlos, los rayos ultravioleta, con longitudes de onda entre 15 nm y 400 nm, se sienten cuando permanecemos demasiado tiempo expuestos al sol (→ quemaduras solares).

1.1.6. Rayos X

Los rayos X tienen longitudes de onda entre las 5 pm (1 pm = 10-12 m) y 15 nm, diez mil veces menor que la de la luz. Por lo tanto, son extremadamente energéticos y peligrosos en dosis altas, pero también extremadamente útiles en dosis bajas. De hecho, son ampliamente utilizados en medicina: a diferencia de la luz, los rayos X no están completamente bloqueados por la materia y, por lo tanto, pueden usarse para localizar cuerpos extraños (balas de armas de fuego, por ejemplo), fracturas de huesos, crecimientos cancerosos, etc., dentro de un cuerpo. .

→ radiología.

1.1.7. Rayos gamma

Los rayos gamma, cuyas longitudes de onda son inferiores a las 5 pm, son las radiaciones más energéticas y, por tanto, las más peligrosas. Se producen principalmente por reacciones nucleares. Es por eso que las paredes protectoras de los reactores de las centrales nucleares están hechas de una gruesa capa de hormigón para detenerlos.

2. Espectros y espectroscopia

La espectroscopia es el estudio de los espectros de radiación electromagnética emitida, absorbida o dispersada por fuentes de luz o medios materiales. Es por tanto la técnica de análisis ideal para estudiar los innumerables objetos del Universo. De hecho, todas las fuentes de radiación electromagnética del Universo (estrellas en diferentes etapas de evolución, planetas, exoplanetas, satélites naturales, asteroides, cometas, etc.) se observan utilizando telescopios sensibles a un rango preciso de longitudes de onda: radiotelescopios (para ondas de radio ), telescopios infrarrojos, rayos X y gamma, etc. El análisis espectral permite determinar la composición de las estrellas y los espacios atravesados ​​por la luz (fotosfera y cromosfera solares, atmósfera terrestre, espacios interestelares) y también, por comparación con espectros de referencia (cuerpo negro, por ejemplo), determinar la temperatura de la fuente.

→ radioastronomía, fuente de radio.

Pour cela, les scientifiques disposent de plusieurs types d’appareils de mesure : le spectroscope est un appareil qui permet de produire et d’observer un spectre à partir d’une source lumineuse que l’on veut analyser (une étoile ou une flamme, por ejemplo) ; el espectrógrafo proporciona un registro en papel o en un soporte informático de los espectros; el espectrómetro da una medida de los espectros; finalmente, el espectrofotómetro permite la comparación cuantitativa de dos espectros.

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