Teoría corpuscular, ondulatoria, efecto fotoeléctrico y modelo atómico de Bohr: naturaleza de la luz

La naturaleza de la luz

1. Teoría corpuscular

Teoría corpuscular: formulada por Newton, sostiene que la luz está formada por partículas.

Tipos de objetos

• Luminosos: emiten partículas en todas direcciones y, cuando estas chocan con nuestros ojos, vemos el objeto.
• No luminosos: rebotan partículas de otros objetos, por eso no los vemos.

Tipos de fenómenos

• Reflexión: rebote de la luz sobre un objeto.
• Refracción: el rayo de luz cambia de superficie y se curva. La velocidad de la luz es menor en un medio más denso que en el aire.

2. Teoría ondulatoria

Teoría ondulatoria: formulada por Christiaan Huygens, explicaba la reflexión y la refracción porque la velocidad de la luz era menor en un medio más denso que el aire. Para ello se postuló el éter: hipotética sustancia extremadamente ligera y con rigidez, que se creía ocupaba todos los espacios vacíos, como un fluido.

3. Espectro electromagnético

Espectro electromagnético: distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. De rojo a morado: radio, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

4. Efecto fotoeléctrico

Efecto fotoeléctrico: emisión de electrones por un material cuando sobre él incide radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta).

• Fue descubierto por Heinrich Hertz al observar que el arco que saltaba entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanzaba distancias mayores cuando se iluminaba con luz ultravioleta que cuando se dejaba en la oscuridad.
• La explicación teórica fue expuesta por Albert Einstein. Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, pero finalmente concluyó que sí lo era. Esto permitió que Einstein y Millikan recibieran el Premio Nobel.

Conclusiones del efecto fotoeléctrico:

• A mayor frecuencia (color), mayor velocidad de los electrones emitidos.
• A mayor número de bombillas (mayor intensidad), mayor número de electrones emitidos, a la misma velocidad.

Fotón

El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético; es decir, las partículas que forman la luz. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética: rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microondas y ondas de radio.

5. Espectros atómicos

La luz blanca es aquella cuyo espectro contiene todas las frecuencias que existen. La luz del sol no tiene todos los colores.

• Fraunhofer hizo un prisma perfecto de cristal y lo colocó con un rayo de sol; en el espectro aparecían líneas negras.
• Bunsen puso una lámpara de sodio con un prisma y apareció un espectro negro con algunas líneas de colores, al revés que con el sol. Probó con lámparas de otros elementos químicos y ocurría lo mismo, pues los colores estaban en otros lugares. Esto se utilizaba para saber si en un gas había o no un elemento químico.
• Pusieron luz blanca con una nube de sodio y un prisma: ocurría al revés que con la lámpara; el fondo negro con rayos de colores se convertía en un espectro con todos los colores y con rayas negras donde antes (con la lámpara) estaban los de colores.

6. Modelo atómico de Bohr

1. Existen en los átomos unas órbitas especiales que quedan determinadas por la energía, la distancia al núcleo y la constante de Planck. Estas órbitas se llaman órbitas estacionarias.
2. En las órbitas estacionarias, los electrones no emiten energía.
3. (Falsa) En las órbitas estacionarias no se cumplen las leyes de la física clásica.
4. Cuando un electrón pasa de una órbita estacionaria a otra, lo hace siempre emitiendo o absorbiendo un fotón. La energía asociada a este fotón es E = hf.

Un electrón, para subir de órbita, necesita un número exacto de energía. El fotón de la luz blanca choca con el electrón y este sube de órbita. Por cada órbita que sube se añade una raya negra en el espectro, y por cada órbita que baja, aparece una raya de color.