La Llum: Naturalesa, Propietats i Fenòmens Ondulatoris

La llum com a ona

La llum és una ona electromagnètica tridimensional. Està formada per un camp elèctric i un camp magnètic que vibren perpendicularment i que es desplacen en una direcció perpendicular al camp elèctric i magnètic.

• Ones longitudinals: La direcció de vibració és igual a la direcció de propagació.
• Ones transversals: La vibració és perpendicular a la direcció de propagació.
• Ona periòdica: Quan la vibració no varia.
• Ona harmònica: Quan la magnitud que mesura la pertorbació és una funció sinusoïdal.

Característiques d'una ona

• Longitud d'ona (λ): És la distància entre dos punts d'ona que estan en el mateix estat de vibració.
• Amplitud (A): És el valor màxim de la pertorbació.
• Període (T): És el temps necessari perquè una ona faci una oscil·lació.
• Freqüència (f): És el nombre d'oscil·lacions que fa un punt per unitat de temps (Hz).

La llum com a partícula

La llum està formada per paquets d'energia anomenats fotons. Cada freqüència té el seu tipus de fotó.

Constant de Planck: 6,63 · 10^-34 J·s. Les fórmules són: E = h · f i E = n · h · f.

Espectre electromagnètic

És el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques. La llum visible es troba entre els 400 i els 780 nm (gamma de colors segons la freqüència).

Emissió de llum

Hi ha dos tipus de fonts: primàries i secundàries.

Propagació de la llum

L'índex de refracció es defineix com: n = velocitat de la llum al buit (c) / velocitat en el medi (v).

• Reflexió: És el canvi de direcció d'un raig o una ona que succeeix sobre la superfície de separació entre dos medis, de manera que el raig reflectit torna al primer.
• Refracció: És el procés d'una ona quan incideix sobre la superfície de separació entre dos medis; una part de la seva energia es transmet al segon medi canviant-ne la direcció de propagació (Llei de Snell: n₁ · sinθ₁ = n₂ · sinθ₂).

Fenòmens ondulatoris

• Dispersió: És la separació de la llum incident en els seus colors corresponents. Es produeix perquè l'índex de refracció de cada material depèn lleugerament de la llum incident (ex: Arc de Sant Martí).
• Difracció: És la desviació que experimenten les ones al voltant d'un forat o obstacle de dimensions comparables a la longitud d'ona de la radiació. Aplicació: CD (petits forats que creen interferències gràcies a un làser).
• Interferència: Es produeix quan dues ones coincideixen en un mateix punt del medi a través del qual es propaguen.

Unitats de mesura

• 1 THz = 10¹² Hz
• 1 GHz = 10⁹ Hz
• 1 MHz = 10⁶ Hz
• 1 kHz = 10³ Hz
• 1 μm = 10^-6 m
• 1 nm = 10^-9 m
• 1 pm = 10^-12 m