¿En qué se mide la luz?

La luz se mide en muchas unidades. Su longitud de onda, λ, se mide tanto en …ngstroms como en nanómetros. Su frecuencia se mide en Hertz. Su energía generalmente se mide en electronvoltios (eV), ya que los julios son demasiado grandes para ser prácticos. Su desplazamiento hacia el rojo se mide en unidades de corta distancia (si se mide el desplazamiento en las líneas de emisión en el espectrógrafo) o en unidades de velocidad, a partir de la rapidez con la que se aleja el objeto.

…ngstroms y nanómetros

Energía y velocidad del fotón en función de la frecuencia

Un …ngstrom (…) es 10^-10 metros. Un nanómetro (nm) son 10^-9 metros. Las longitudes de onda del espectro electromagnético se extienden desde 10^12 nm hasta 10^-3 nm. Un nanómetro es la longitud de onda de un fotón de rayos X blandos. El rango visible de la luz es de 400-750 nm. Tenga en cuenta que dado que la velocidad de la luz es constante y un producto de la longitud de onda y la frecuencia, es decir, c = λν, conocer la longitud de onda significa que también conoce la frecuencia. (La frecuencia generalmente se representa con la letra griega nu).

Cómo determinar la longitud de onda

La naturaleza ondulatoria de la luz se puede exhibir dejando pasar luz monocromática (de una sola longitud de onda) a través de dos orificios muy cercanos (o de manera equivalente a través de una rejilla de difracción). La luz de los dos orificios interfiere entre sí, creando un patrón de líneas brillantes y oscuras en una pared distante, revelando el carácter ondulatorio de la luz.

Criterio de Rayleigh

Este mismo patrón de cancelación y aumento se puede ver en las ondas de agua creadas por dos sacudidas cercanas. Los picos anulan los valles de las olas, mientras que los picos refuerzan los picos. A partir de la medida de los patrones y la distancia entre las rendijas, una ecuación llamada criterio de Rayleigh puede determinar la longitud de onda de las ondas de luz. Para calcular energías más altas, como los rayos X, se utiliza la difracción de cristales en lugar de rejillas. Los rayos X se reflejan en una red cristalina, por ejemplo, NaCl, y también forman patrones de interferencia.

Energía por fotón

Energía del espectro EM en eV (NASA.gov)

La energía de un fotón está relacionada con su frecuencia y, dado que c = λν, con su longitud de onda. La relación es E = hν, donde h es la constante de Planck. La unidad generalmente utilizada para la energía de los fotones es el electrón-voltio (eV). Un electrón-voltio es el cambio en la energía cinética de un electrón que se mueve desde un lugar donde el potencial de voltaje es V a un lugar donde es V+1. Los rayos gamma tienen una energía de alrededor de un millón de eV. En el extremo opuesto del espectro, las ondas de radio tienen una energía de una millonésima a una billonésima de eV. El espectro visible está en el medio, alrededor de cinco eV.

Desplazamiento al rojo

La relatividad especial dicta que la luz de un objeto veloz todavía parece viajar a la constante universal c, incluso para un objeto que se aleja tan rápido como lo hacen las galaxias. La teoría continúa dictando que la longitud de onda cambia, acortándose en una proporción determinada por la velocidad del objeto en relación con el observador. El alargamiento es observable en el espectro del objeto que retrocede. Específicamente, las líneas de emisión del gas que absorbe y emite luz del objeto se desplazan hacia el extremo de longitud de onda más larga del espectro. El desplazamiento de la luz se puede medir en el espectrógrafo en términos del cambio absoluto de longitud de onda, es decir, en nm o …. O el desplazamiento espectroscópico se puede convertir en la velocidad del objeto que retrocede, y medirse en kilómetros por segundo, o (porque en una escala galáctica, las velocidades son muy altas) como una proporción de la velocidad de la luz, por ejemplo, 0.5c.

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