Los Rayos X

Las Franjas de Fraunhofer Concepto de Espectroscopia

Significado de las Franjas de Fraunhofer-Concepto de Espectroscopia

Las llamadas Líneas de Fraunhofer, son líneas oscuras identificables en el espectro de absorción del Sol, que William H. Wollaston observó por primera vez en 1802; más tarde, Joseph von Fraunhofer las describió detalladamente.

De las 25.000 líneas del espectro solar, Fraunhofer llegó a contar 576, asignando letras para identificar las más destacadas.Las líneas son el resultado de la absorción de ciertas longitudes de onda de luz por átomos de gas de la atmósfera del Sol.

Espectro con las Líneas de Fraunhofer
Espectro con las Líneas de Fraunhofer

Introducción a la Espectroscopia

El descubrimiento del espectro solar y de la compleja naturaleza de la luz estimuló poderosamente a los científicos a proseguir siempre adelante en el camino abierto por Newton.

Los estudios sobre las luces monocromáticas y sobre el fenómeno de la dispersión óptica se multiplicaron con gran rapidez, llegándose muy pronto a resultados fundamentales.

Espectroscopio y espectros

El instrumento básico de todas estas investigaciones fue el espectroscopio.

Está formado esencialmente por un prisma colocado entre dos tubos debidamente orientados, cada uno de los cuales contiene una o varias lentes.

espectroscopio
Espectroscopio

La luz entra en el primer tubo por una hendidura muy fina; de allí, a través de una lente que hace los rayos paralelos, llega al prisma y es refractada.

Los rayos refractados entran en el segundo tubo y, concentrados por la lente del mismo, quedan por último recogidos en una pantalla donde forman la imagen de la hendidura de entrada.

En algunos espectroscopios, en lugar de prisma se emplea un retículo de difracción, que está formado por una lámina transparente en la cual se trazan rayas muy finas y espesas.

El retículo funciona con arreglo al principio de interferencia y provoca la descomposición de la luz blanca en los varios colores que la componen.

Si a la hendidura del espectroscopio llega luz procedente directamente de una fuente luminosa, la imagen que se forma en la pantalla toma el nombre de espectro de emisión.

esquema funcionamiento espectroscopio

La experiencia demuestra que los espectros de emisión son continuos, esto es, sin intervalos de ningún espacio oscuro, si la fuente luminosa está constituida por cuerpos sólidos o líquidos incandescentes (carbón encendido, alcohol ardiendo, etc.), discontinuos, o sea formados únicamente por rayas luminosas, más o menos numerosas, sobre el fondo oscuro, si la fuente luminosa está constituida por cuerpos en estado de gas o de vapor (hidrógeno, oxígeno, vapores de sodio, etc.).

Además, y esta es una prueba de importancia fundamental, toda sustancia luminosa en estado de gas emite un espectro (de rayas o grupos de rayas que alternan con los espacios oscuros en la formación del espectro discontinuo) característico e inconfundible.

Esto significa que con el espectroscopio se puede efectuar el análisis químico (de emisión) de una sustancia; para ello bastará con evaporar una determinada cantidad en una llama para reconocer inmediatamente, por el examen de las rayas del espectro emitidas por la misma, qué elementos se hallan contenidos en ella.

Cuando se reflexiona sobre los muchos elementos (cesio, rubidio, etc.) que han sido descubiertos mediante el análisis espectroscópico de emisión, se comprende fácilmente la importancia de esta técnica tan preciosa para la investigación científica.

Pero además, la espectroscopia ha conseguido otros valiosos resultados, pues gracias a ella la ciencia ha podido penetrar donde ningún telescopio lo hubiera logrado: en el interior del Sol y de las estrellas más alejadas, revelándose de esta manera como uno de los más poderosos instrumentos de investigación que el hombre jamás tuvo a su disposición.

Espectro de luz blanca
Espectro de luz blanca

Las Rayas de Fraunhofer

En 1802, el físico inglés William H. Wollaston (1766-1828), mientras estudiaba el espectro solar recogido en una pantalla, notó que aparecían unas rayas oscuras muy finas.

Trece años más tarde, en 1815, el físico alemán Joseph von Fraunhofer (1787-1826), estando observando cuidadosamente el espectro solar, no sólo confirmó el descubrimiento de Wollaston, sino que comprobó que las rayas oscuras eran muy marcadas y numerosas.

Este experimento, repetido y confirmado por otros científicos en años posteriores, valiéndose de instrumentos de observación cada vez más perfeccionados y potentes, permitió llegar a la conclusión de que -se trataba no de un fenómeno pasajero sino de una auténtica característica del espectro solar. La cosa tuvo una gran resonancia.

¿Qué eran las rayas de Fraunhofer? ¿Qué significado podía tener aquel fenómeno?.

La respuesta llegó años más tarde, o sea cuando Gustavo R. Kirchhoff (1824-1887), junto con Robert W. Bunsen (1791-1860) idearon y perfeccionaron lo que bien puede llamarse el prototipo del espectroscopio moderno.

Kirchhoff, en una célebre memoria publicada en 1859 enunció una teoría, confirmada luego por innumerables experimentos, que permitía explicar de modo coherente y riguroso el origen y el significado de las rayas oscuras del espectro solar y la coincidencia de éstas con las rayas claras del espectro de las sustancias terrestres.

Además, esta teoría permitió definir e interpretar otro tipo de espectro fundamental: el espectro de absorción.

Supongamos que tenemos una fuente luminosa (por ejemplo, una lámpara eléctrica corriente) que da un espectro continuo.

Interpongamos entre ella y la hendidura del espectroscopio una sustancia en estado gaseoso, por ejemplo vapores de mercurio; entonces podremos ver que nuestro espectro continuo aparece surcado por unas rayas negras, como si los vapores de mercurio, al interferir con los rayos luminosos de la lámpara, interceptaran y anularan cierto número de ellos.

Tratemos de obtener con otro espectroscopio el espectro de emisión de los vapores de mercurio; como se trata de una sustancia en estado gaseoso, su espectro será, como ya se ha dicho antes, discontinuo, es decir, constituido por cierto número de rayas brillantes separadas por espacios oscuros.

Fotografiemos el primer espectro y el espectro de emisión de los vapores de mercurio y comparémoslos entre sí. Podremos constatar que las rayas negras del primer espectro coinciden perfectamente con las rayas brillantes del segundo.

Nos hallamos ante un hecho importantísimo que, traducido en palabras, se puede expresar de la manera siguiente: iodo cuerpo es capaz de absorber las mismas radiaciones que es capaz de emitir.

Por tanto, el espectro de absorción es el espectro continuo de una fuente luminosa a la que se superpone el espectro discontinuo de una sustancia en estado gaseoso, es decir, un espectro continuo luminoso surcado por rayas negras.

Una vez comprendido el significado de las rayas oscuras que surcan el espectro solar, los físicos se dieron inmediatamente cuenta de las enormes posibilidades de investigación que podía proporcionar un modesto espectroscopio.

Bastaría determinar con exactitud los espectros de emisión de todos los elementos químicos conocidos en la Tierra y compararlos con las rayas negras del espectro solar, para establecer cuáles y cuántos de ellos se hallaban contenidos en la atmósfera del Sol.

El único obstáculo para el logro de este propósito consistía en la perturbación producida por el gas y por los vapores que forman la atmósfera terrestre. Pero pronto se llegó a solucionar este problema.

La historia de las conquistas científicas debidas al análisis espectroscópico es historia reciente y la simple enumeración de todos los datos conseguidos hasta ahora constituye una cosecha de resultados cuya importancia y significado son difíciles de valorar en toda su extensión.

Se han podido reconocer en el Sol gran número de elementos ya conocidos en la Tierra.

Elementos cuya existencia en algunos casos se sospechaba, pero que todavía no se había logrado su identificación, fueron descubiertos en el Sol antes que en la superficie terrestre (como por ejemplo, el helio).

Además, la investigación espectroscópica dirigida a las estrellas (incluidas las más alejadas de nosotros), ha permitido descubrir que son muy parecidas a nuestro Sol, confirmándose así las hipótesis formuladas por los astrónomos respecto a la constitución del universo.

Finalmente, el examen espectroscópico, con sus consideraciones de índole muy diversa, ha abierto a la ciencia nuevos horizontes en un campo totalmente nuevo y de enorme interés, el campo de las reacciones termonucleares.

Uno de los aspectos más interesantes de la espectroscopia es, sin duda alguna, haber contribuido de manera eficaz a la determinación de la estructura del átomo e incluso al modo de lograr este descubrimiento.

Desde los primeros pasos de la espectroscopia, cuando todavía no se conocía bien qué podían ser las rayas que se observaban en los espectros, los científicos iban recogiendo gran cantidad de datos, catalogaban cada línea nueva que descubrían, organizaban en serie las diversas rayas basándose en su aspecto y archivaban grandes catálogos con todos los espectros conocidos.

Cuando se formularon las primeras teorías sobre la estructura atómica y se consideró que las rayas espectrales eran de origen atómico, todo el trabajo de los precursores apareció, de pronto, como algo esencial.

Los datos recogidos permitían apreciaciones precisas sobre el valor de las diversas teorías.

Y no sólo esto, sino que los nuevos descubrimientos que se iban logrando poco a poco (descubrimiento de nuevas rayas, algunas de las cuales eran dobles y triples, etc.), permitían someter a una prueba ulterior las diversas teorías atómicas, de modo que, si conseguían explicar los nuevos efectos descubiertos, podían ser consideradas como válidas; en caso contrario, habría que abandonarlas sin remedio.

Este método de investigar, que hemos explicado a propósito de la espectroscopia es característico de la investigación científica.

A esto hay que añadir que, junto a la espectroscopia óptica, existen otras ramas del saber que no estudian la luz, sino otros fenómenos electromagnéticos análogos a ella, aunque no producen fenómenos luminosos.

Se trata de las radioondas, de los rayos X y de los rayos gamma, a cada uno de los cuales corresponde una rama determinada de la espectroscopia.

Todas estas clases de radiaciones están vinculadas a la estructura de los átomos y de los núcleos y proporcionan nuevos informes sobre la materia que amplían y completan los facilitados por la espectroscopia «clásica». Por ejemplo, el estudio de las radioondas ha dado origen a una nueva rama de la astronomía, la radioastronomía.

De todas las conquistas que la espectroscopia ha hecho posibles, todo lo dicho no es más que un breve esbozo; otras muchas metas, muy importantes, se han logrado hasta ahora y podrán lograrse en adelante.

De todas formas, el resultado más importante, el de mayor significado no sólo para la ciencia sino sobre todo para el hombre es éste: que en el Sol, en las estrellas, en el punto más remoto del universo, la materia está constituida por los mismos elementos de que está hecha la Tierra, y donde quiera que pueda llegar la mirada del hombre merced a los más potentes telescopios, las transformaciones químicas y físicas ocurren exactamente como en la superficie terrestre, igual que podemos reproducirlas artificialmente en nuestros laboratorios.

En resumen, el Universo es un todo único, constituido siempre por los mismos elementos.

Fuente Consultada:Biblioteca Temática Uteha El Mundo Que Nos Rodea Tomo X – Los Espectros de Luz – Editorial Hispano America

Efectos de la Radiación Ultravioleta Sobre la Piel Fluorecencia

Efectos de la Radiación Ultravioleta Sobre la Piel

A unos 19 Km. de la superficie de la Tierra, empieza una capa de gas ozono (O3) cuya densidad máxima se encuentra a unos 43 Km. de altura de la Tierra. Esta capa de ozono cumple una función muy importante. Tiene la propiedad de atrapar los rayos ultravioleta perjudiciales que emite el Sol, y, por tanto, evita que alcancen la Tierra.

Los rayos ultravioleta son radiaciones cuyas longitudes de onda varían desde 120 °A a 3.900 °A (una unidad ángstrom es la diez millonésima de milímetro). En el espectro electromagnético, los rayos ultravioleta se encuentran entre la luz visible, cuya longitud de onda es mayor, y los penetrantes rayos X, de longitud de onda más corta.

El  Sol   es  un   cuerpo extremadamente caliente.   Está incandescente porque la temperatura de su superficie es de unos 6.000 grados centígrados, y emite una gran cantidad de radiaciones electromagnéticas, la mayoría de las cuales son luz visible. Emite también rayos infrarrojos y luz ultravioleta. La luz visible afecta a la parte sensible de la retina del ojo y produce la sensación de luz.

La frontera entre la luz visible y la ultravioleta coincide con la frontera entre lo visible y lo invisible. La luz visible es inocua, pero la ultravioleta es perjudicial para los tejidos vivos. El efecto depende de la longitud de onda.

La región ultravioleta comprendida entre 3.000 °A y 1.850 °A es particularmente mortífera, y los rayos correspondientes se utilizan, de hecho, para destruir bacterias patógenas en hospitales y almacenes de alimentos, en donde las bacterias se eliminan antes de que lleven a cabo su acción destructora.

Los rayos ultravioleta de mayores longitudes de onda (3.900 °A a 3.000 °A) pueden tener efectos beneficiosos, en dosis moderadas. Cuando broncean la piel (bronceado solar), los rayos ultravioletas trasforman algunas sustancias orgánicas complejas de las células epiteliales humanas, tales como el ergosterol, en vitamina D.

A continuación, esta importante vitamina se incorpora al torrente circulatorio sanguíneo, y queda a punto para ser utilizada por el organismo. Se sabe muy poco acerca de los efectos de los rayos ultravioleta más cortos, sobre la materia viva.

Tales rayos son muy difíciles de controlar experimentalmente, ya que no se puede conseguir que atraviesen el vidrio ni el cuarzo (un mineral trasparente que trasmite algunos rayos ultravioleta). Esto significa que no se pueden enfocar con instrumentos ópticos como el microscopio ultravioleta. De todos los rayos ultravioleta, sólo pueden atravesar la barrera del ozono, los relativamente beneficiosos a la vida humana.

La luz ultravioleta altera los tejidos vivos porque lleva la suficiente energía para provocar un cambio químico. Tanto el bronceado de la piel como la muerte de las bacterias, resultan de cambios en la estructura química de los materiales que hay en el interior de las células vivas.

Normalmente, se requiere una cierta cantidad de energía para el cambio, y la célula es especialmente sensible a la luz ultravioleta de la longitud de onda correspondiente a esta energía (la cantidad de energía trasportada por cualquier radiación electromagnética depende de su longitud de onda).

penetracion de los rayos ultravioletas

espectro de la luz

penetracion de los rayos ultravioleta

La luz ultravioleta se utiliza para destruir bacterias. Se usa la luz de una lámpara de descarga de vapor de mercurio para mantener el ambiente libre bacterias,  en   un   laboratorio   de  fabricación   de   penicilina.

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¿Son tan nocivos los rayos ultravioleta?: Cuando nos exponemos al sol, la piel reacciona de inmediato co menzando un proceso de defensa que nosotros damos en llamen bronceado. El «ponerse moreno» no es más que un contraataque de nuestra epidermis a la acción de los rayos ultravioleta, contraataque pensado para concentraciones de ozono bastante superiores a las que existen en la actualidad.

Quien más o quien menos de ustedes, apreciados lectores, habrá sufrido en los últimos años las consecuencias de esta disminución de la capa de ozono en forma de enrojecimientos o quemaduras (espero que no en nada más grave).

Si mi propia experiencia pudiera servirles de ilustración, les contaría cómo allá por la década de los ochenta y contando yo unos veinte años de edad, decidí un buen día no volver a pisar una playa si no era con gorra, camiseta y una buena crema solar, cuando tras un breve adormecimiento de domingo y de no más de 30 o 40 minutos sobre la arena (permítanme una recomendación: si se divierten los sábados hasta bien entrada la noche, no madruguen y se tumben al sol a la mañana siguiente), volvía casa y me miré al espejo: mi cara era lo más parecido a un volcán en erupción de lava que hubiera visto jamás.

Algunos geles y after sun pudieron recomponerme en unos días, pero recuerdo mi sorpresa y mi comentario con todo el mundo respecto a «qué demonios había pasado con el sol». La misma exposición que años atrás, siendo una niña, sólo me hubiera causado un leve enrojecimiento, esta vez me había provocado una quemadura tan incómoda como sorprendente. Pocos años después comencé a oír hablar seriamente del adelgazamiento de la capa de ozono.

Efectivamente, nuestra atmósfera ya no nos ofrece la misma protección que hace unos años frente a los rayos ultravioleta. La melanina que se forma en la hipodermis al recibir estos rayos tarda al menos tres días en transferirse a las capas exteriores de la epidermis, y son éstos los días en que somos más propicios a los eritemas y quemaduras solares.

Otra defensa natural de la piel es la formación de células epiteliales queratinosas para crear un manto de mayor grosor sobre la piel; sin embargo, esta piel no es más que una acumulación de células muertas en su superficie, es decir, se trata de una protección lograda a cambio de aniquilar miles de células y apilarlas en la capa más externa de la piel.

La exposición prolongada al sol constituye una agresión, grave en ocasiones, y los causantes de ella son fundamentalmente los rayos ultravioleta del grupo B.

Los rayos UV-B: Este tipo de radiaciones solares son.captadas en buena parte por el ozono en las capas más bajas de la estratosfera, es decir, el ozono tiene un papel clave con respecto a la cantidad de UV-B que atraviesa nuestra biosfera y llega hasta nosotros. Cuando la capa de ozono tenía el espesor correcto, solamente incidía sobre nuestro suelo una fracción de ellos, y éstos eran (y son) los únicos capaces de desarrollar la melanina en la piel. En la actualidad nos alcanza una proporción desmesuradamente alta de UV-B, y aquíes donde comienzan los verdaderos problemas.

Los rayos UV-B penetran en nuestra piel hasta atravesar la epidermis. Cuando la cantidad de UV-B es excesiva, nuestro ADN puede dañarse con facilidad. Estas espirales portadoras del código genético y responsables de que sus células se reproduzcan con idéntica estructura unas a otras, son muy sensibles a las radiaciones y las UV-B parecen «volverlas locas» del mismo modo que lo hace la radiación de tipo nuclear, los rayos X o las emisiones electromagnéticas de gran potencia.

Pensemos que un daño en las hélices en una de sus células orgánicas de ADN puede multiplicarse por mil en cuestión de días, meses o años (otro de los terrores de este peligro es que las lesiones son acumulativas y pueden surgir años después de sufrir el daño). Esto es lo mismo que decir que la exposición excesiva a los rayos UV-B puede provocar, y de hecho provoca, cáncer de piel y lesiones en las partes más débiles expuestas al sol (ojos, labios, etc.).

La Academia Norteamericana de Dermatología afirma que los rayos UV-B son los responsables de un millón de casos de cáncer de piel, entre ellos el melanoma, el más fatal. Lamentablemente, los mismos rayos que antaño nos hacían lucir un espléndido color dorado en la piel, son hoy en día fuente de importantes enfermedades.

Pero no sólo la piel sufre daños cuando las radiaciones UV-B la alcanzan en exceso: las cataratas aumentan año a año su iná dencia en nuestra población por el efecto de los rayos ultraviole ta. Aunque no está muy claro el proceso por el cual el cristalino degenera, se comienza a investigar sobre la fotooxidación de las proteínas de la lente ocular bajo el efecto de los radicales libres generados por los UV-B.

En ocasiones, la córnea llega a «que marse» a causa de las radiaciones y esto es especialmente peligroso para las personas que realizan actividades diarias en superficies altamente reflectantes (pescadores, monitores de esquí, alpinistas, etc.) si no toman la precaución de colocarse unas gafas de sol suficientemente oscuras como para neutralizar la reverberación de estos rayos solares.

Lamentablemente, miles de animales que pastan o desarrollan sus actividades en lugares muy soleados y/o en montañas de altura considerable se ven obligados a sufrir todos los años cataratas y graves problemas oculares por culpa de la insensatez humana.

rayos ultravioletas

Los rayos UV-A y UV-C: Los rayos UV-A penetran más profundamente en la piel, de modo que alcanzan con facilidad la dermis o capa media. Sin embargo, no por ello son más nocivos que los UV-B ya que no provocan mutaciones en nuestro código genético. Sí, en cambio, agotan el caudal del colágeno cutáneo y son por tanto los responsables del envejecimiento prematuro de la piel. Todos conocemos a esos labradores o pescadores que, por la acción de tantas y tantas horas al sol, presentan unas marcadas arrugas en su rostro curtido y tostado. Pese a su antiesteticismo, estas personas no desarrollaban ningún tipo de cáncer epitelial.

Sin embargo, una nueva polémica surgió sobre estos rayos a partir del mes de junio de 1997, fecha en la que un equipo de investigadores franceses anunció que los UV-A podían ser igual o más peligrosos que los UV-B.

Sus razonamientos eran que los rayos UV-A conforman el 90% de las radiaciones ultravioleta que nos alcanzan, a la vez que afirman que dichos rayos son igualmente dañinos que los UV-B, con la única diferencia de que, según estos investigadores, precisan de un mayor tiempo de exposición para causar lesiones. El argumento de mayor peso que esgrimen es que los UV-A incrementan el daño producido por los UV-B.

Curiosamente, una semana después de este descubrimiento, los famosos laboratorios de cosmética L’Oréal hicieron pública una nueva molécula (OR-10154) capaz de filtrar a la vez los rayos UV-B y los UV-A con gran eficacia. Actualmente se encuentra en fase de comprobación ante el comité científico de cosmeto-logía de Bruselas. No hace falta ser muy avispado para percatarse de que, de ser aprobada su comercialización como es de prever, aportará a la casa francesa L’Oréal pingües beneficios, calculables en miles de millones de francos.

Sin discutir los trabajos de estos investigadores, ni siquiera la que será famosa molécula OR-10154, convendría preguntarse por qué son ahora más peligrosos los rayos UV-A que hace cincuenta años si la capa de ozono jamás ha interferido en su paso hasta la superficie de la Tierra.

En el caso de este espectro, el deterioro de la capa de ozono no influye en absoluto, ni influirá en el futuro, de modo que si bien es cierto que los UV-A son responsables de las arrugas prematuras en personas que se exponen diariamente a varias horas de sol, también lo es que no tienen por qué participar en el desarrollo de tumores ni lesiones cutáneas y/o oculares.

O, al menos, tendrían la misma intervención en estos graves problemas que a principios de siglo o hace quinientos años (épocas en las que todos sabemos que el cáncer era un mal prácticamente desconocido).

Argumentar, por otra parte, que los UV-A multiplican los efectos perniciosos de los UV-B es seguir afirmando, de una manera o de otra, que los rayos dañinos siguen siendo únicamente los UV-B, ya que sin su presencia los UV-A no tendrían oportunidad de multiplicar nada. Respecto a los melanomas y las cataratas, los UV-B siguen siendo los únicos culpables, y un simple filtro solar «de los de siempre» ofrecería idénticas garantías al respecto.

Otra cosa muy distinta es la prevención del envejecimiento de la piel, en cuyo caso una crema anti-UV-A sería muy beneficiosa y yo se la recomiendo a todo aquel que tenga por costumbre exponer su piel al sol, pero siempre anunciándola como tal y no lanzando al aire amenazantes conclusiones cuyo fin parece ser el de asustar a la población para, tal vez, lograr en un futuro cercano más ventas.

Respecto a los rayos UV-C, recordemos que son captados por el ozono atmosférico en su totalidad. Gracias a su debilidad, un pequeño tanto por ciento de ozono sería suficiente para no dejarlos pasar, por lo que, de momento, no debemos preocuparnos por ellos. Si el manto de ozono desapareciera en su totalidad, lo de menos serían los UV-C porque en ese caso todos estaríamos pronto muertos.

Cómo protegernos eficazmente: Las dos únicas maneras de protegerse frente a los rayos ultravioleta de un modo efectivo son el uso de una crema con buena protección solar y el administrar prudentemente el tiempo de exposición al sol.

Cremas con filtro solar: Es un error pensar que sólo se deben usar cremas de protección solar cuando nos tumbamos en la arena dispuestos a tomar una buena ración de sol. Efectivamente, ésa es la actividad más peligrosa y en la que será imprescindible tomar todo tipo de precauciones. Sin embargo, un paseo con los brazos y las piernas descubiertos al sol, o una mañana en las terrazas de verano, pueden acarrearnos del mismo modo desagradables sorpresas en forma de enrojecimientos y quemaduras.

Tengamos en cuenta también que las superficies reflectantes (arena, rocas, baldosas, etc.) hacen las veces de espejo y reverberan los rayos invisibles del espectro solar, pudiendo de este modo llegar a quemarnos sin haber sentido ningún tipo de calor sobre la piel.

Siempre que el día sea soleado (máxime en verano) y usted vaya a salir a la calle con parte de su cuerpo desprovisto de ropa, será conveniente que utilice una crema con protección solar. Por supuesto, el rostro debe estar también protegido.

Fuente: Como Sobrevivir Al Siglo XXI – Ana P. Fernandez Magdalena – Editorial Robin Book

CÓMO SE GENERA LA LUZ ULTRAVIOLETA: La Tierra recibe muy poca luz ultravioleta natural, ya que la capa de ozono de la atmósfera bloquea eficazmente su camino. Sin embargo, la luz ultravioleta se puede producir con facilidad en los tubos de descarga de gas. Una fuente muy considerable de luz ultravioleta es el tubo de descarga de vapor de mercurio.

Si el vapor de mercurio se excita haciendo pasar a su través una corriente eléctrica, emite luz ultravioleta. Las radiaciones se producen de forma totalmente semejante a la fluorescencia.

En este caso, en vez de recibir energía luminosa, los átomos de gas reciben la energía de una corriente eléctrica (una corriente de menudas partículas cargadas negativamente: electrones). Cuando se deja de excitar el átomo de mercurio, gran parte de su exceso de energía se libera en forma de luz ultravioleta.

Los tubos de descarga se utilizan, principalmente, para generar luz visible. Si se cubre la parte interior de un tubo de vapor de mercurio con un material fluorescente, prácticamente toda la luz ultravioleta que se produce en la descarga se convierte en luz visible por fluorescencia.

Estos tubos de descarga se encuentran en la moderna iluminación por tubos, y se escogen los materiales radiactivos de tal forma que proporcionen una excelente luz blanca. Cualquier radiación ultravioleta no absorbida es detenida por el cristal del tubo. La mayoría de los cristales son opacos a la luz ultravioleta.

Un tubo de descarga se puede adaptar para que emita luz ultravioleta pura, ennegreciendo la parte exterior del tubo, con lo que se detienen las radiaciones visibles. El tubo de esta lámpara «negra» debe fabricarse, no de vidrio, sino de cuarzo, que transmite con facilidad luz ultravioleta de una serie de longitudes de onda.

Por otra parte, los tubos de descarga no son el único medio de producir luz ultravioleta. Se puede generar también, como en el Sol, produciendo el suficiente calor, y, entonces, parte de la radiación emitida es luz ultravioleta.

Sin embargo, este método de producción es extraordinariamente ineficaz, puesto que, incluso en cuerpos tan calientes como el Sol, sólo una fracción de la radiación total es luz ultravioleta. Cuanto más caliente está el cuerpo, mayor es la proporción de luz ultravioleta en la radiación que emite.

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FLUORESCENCIA: Algunas sustancias, incluso muchas de las que no pueden reaccionar químicamente, cuando se exponen a la luz ultravioleta, absorben una gran cantidad de radiación. Son, con frecuencia, sustancias fluorescentes. Tales sustancias absorben la luz ultravioleta e inmediatamente transforman la energía en luz visible.

Los dientes y las uñas son fluorescentes y relucen suavemente (es decir, emiten luz visible), cuando se los ilumina con una lámpara de luz ultravioleta. Cuando fluorescen diversas clases de materiales emiten luz de diferentes colores. Ello permite preparar un método para comprobar la autenticidad de obras pictóricas.

Cuando, por ejemplo, fluoresce una pintura que contiene blanco de plomo, emite luz blanca. Sin embargo, una pintura con blanco de cinc, da una luz fluorescente de color amarillo limón.

Los diversos pigmentos amarillos que se utilizan en las pinturas amarillas dan colores fluorescentes que se diferencian ligeramente; por tanto, cuando se examina cuidadosamente un cuadro con luz ultravioleta, los expertos pueden encontrar información sobre quién lo pintó y cuándo fue pintado.

La fluorescencia tiene lugar cuando los átomos de una sustancia son excitados por la luz ultravioleta. Los átomos tienden a volver cuanto antes a su posición estable, estado no excitado.

Ellos pueden radiar luz exactamente de la misma longitud de onda que la que han absorbido. Sin embargo, normalmente, en vez de emitir luz ultravioleta de una sola longitud de onda de alta energía, radian dos longitudes de onda de menor energía, que se encuentran, probablemente, en la región visible.

La   luz  ultravioleta   se   produce  en   un  tubo  de descarga   bombardeando  átomos de   mercurio   con   un corriente eléctrica.  La  fluorescencia trasforma  la  luz ultravioleta en luz visible.

Ver: Descubrimiento de los Rayos X

Ver:  Usos de los Rayos Infrarrojos

Fuente Consultada
TECNIRAMA N°57 La Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología (CODEX)

Rayos Catódicos Thompson Caracteristicas Historia Energia Definicion

Rayos Catódicos: Sus Características

LOS RAYOS CATÓDICOS: Michael Faraday, después de haber entendido bien el fenómeno eléctrico, después de haber demostrado que el agua en la que se ha diluido una buena cantidad de sal es una buena conductora de la corriente eléctrica y después de haber comprendido perfectamente el fenómeno de la electrolisis, quiso saber si los gases y el vacío también eran conductores de la electricidad.

Había construido tubos con un cátodo y un ánodo, es decir, unidos ambos a los dos bornes de una pila Volta o a los de uno de esos generadores de electricidad que acababa de inventar. Previamente había hecho el vacío en el tubo. De hecho, era un vacío muy malo y el tubo quedaba lleno de gas diluido, pero él no llegó a darse cuenta.

Al conectar la corriente observó un resplandor macilento que se extendía desde el cátodo al ánodo (es lo que se emplea hoy en día para la iluminación mediante los tubos de neón). Enseguida se llamó a este resplandor «rayos catódicos». ¿Cuál era la naturaleza de este resplandor? Los sucesores de Faraday comenzaron a enfrentarse a este interrogante.

Para el inglés Crookes, que había mejorado mucho el montaje de Faraday, se trataba de partículas, de una especie de iones como los que se forman en la electrolisis, que, al encontrarse con el vacío residual, creaban el resplandor.

Para el alemán Lenard, alumno de Hertz (el «descubridor» de las ondas electromagnéticas), se trataba, por supuesto, de ondas. Las ondas excitaban el vacío residual y creaban la luz macilenta. Por ambas partes se intercambiaban argumentos y afirmaciones pocos amables, tanto que la disputa adquirió rápidamente aires de rivalidad nacional, una lucha germano-inglesa.

Sin embargo, fue un joven francés, Jean Perrin, por entonces catedrático auxiliar en el laboratorio de Física de La Escuela Normal Superior (lugar destacado de la Física francesa), quien presentó en 1895 el argumento decisivo en favor de las partículas cargadas.

Con la ayuda de un imán desvía los rayos catódicos (el resplandor macileto) y, colocando una caja de Faraday, es decir, una caja metálica donde les rayos chocan con el tubo, recupera una corriente eléctrica que procede a medir. Por lo tanto es cierto que los rayos catódicos están formados por una corriente eléctrica, es decir, por un flujo de partículas cargadas de electricidad. Como en la electrolisis.

De buenas a primeras, J. J. Thomson se vuelca en el experimento de Perrin, pero ahora desvía los rayos catódicos no sólo mediante un campo magnético, sino también con un campo eléctrico. Entonces se piensa que los rayos catódicos son una especie de iones. Las descargas eléctricas en los tubo de vacío serían de este modo la manifestación de una electrolisis gaseosa.

Entonces Thomson, mediante fórmulas matemáticas del electromagnetismo, calcula la relación entre la carga eléctrica y la masa de esas partículas, midiendo las desviaciones de los rayos en función de la intensidad de los campos magnético y eléctrico que se aplican.

A ello añade una hipótesis de trabajo interesante: si se toma como valor de la carga eléctrica la caga elemental de electricidad determinada por Faraday en sus experimentos de electrolisis, la masa obtenida para la partícula cargada es pequeñísima 1.800 veces más pequeña que la del átomo más ligero, el del hidrógeno.

Por lo tanto, esas partículas que van del cátodo al ánodo no son ni átomos ni iones, como en la electrólisis. ¿Qué son entonces? Thomson no lo sabe muy bien, pero sugiere que se las llame corpúsculos, palabra que muy pronto quedará olvidada ante la de electrones (portadores de electricidad).

Un tubo de descarga de Thompson. Un haz de rayos catódicos emitido por el cátodo C se focaliza en A y B y pasa entre D y E, donde hay un campo eléctrico. Se crea un campo magnético perpendicular al campo eléctrico mediante bobinas colocadas en el exterior del tubo (según E. Segré).

rayos catodicos

Los tubos de rayos catódicos, llamados más corrientemente tubos catódicos, se utilizan en los aparatos de televisión. Thompson, como hemos visto, determinaba la trayectoria de dichos rayos (invisibles) a partir del punto luminoso producido por la interacción entre esos rayos y la pared del tubo de vidrio. El punto luminoso sirve hoy en día para formar la imagen en la pantalla fluorescente de los tubos catódicos. Un tubo de televisión es un tubo catódico dirigido hacia el telespectador. En el tubo, los rayos quedan desviados por fuerzas eléctricas y barren la pantalla fluorescente. Cuando ésta, recubierta de una capa especial, recibe los rayos catódicos, se forma un punto luminoso.

La señal de televisión dirige la intensidad de los rayos en cada momento, de tal forma que se hace aparecer en pantalla puntos luminosos o sombras. La lentitud del cerebro y del ojo con relación a esas estructuras cambiantes nos permite tener una visión global de la imagen producida (según Steve Weinberg).

Pero ¿de dónde vienen esos electrones? No pueden provenir más que del cátodo. Así pues, el cátodo, sólido y metálico, contiene electrones capaces de desprenderse de él. Por lo tanto, los electrones son partículas cargadas de electricidad negativa y constitutivos esenciales de la materia sólida. Los rayos catódicos no son ondas, sino partículas, corpúsculos de materia. Thomson, yendo aún más lejos en este razonamiento, se pregunta: ¿no está hecha la materia más que de electrones? Entonces construye un modelo de átomo según el cual los electrones desempeñan un papel esencial.

Para él un átomo es un conjunto de electrones que se desplazan dentro de una esfera de diámetro limitado. Esta esfera de paredes infinitamente delgadas llevaría una carga eléctrica positiva para garantizar la neutralidad eléctrica del conjunto, y encerraría en su interior una población de electrones. Además de que la naturaleza de las paredes cargadas de electricidad positiva sigue siendo misteriosa, Thomson tiene que enfrentarse a un problema de masa. ¡Desde los tiempos de Avogadro se sabía calcular la masa de un solo átomo en un elemento dado al tomar la masa atómica y dividirla por 6,02 1023! Pero ¿cómo explicar esta masa con electrones tan livianos -¡Thompson no duda en imaginar que un solo átomo encierra millares de electrones!

Fuente Consultada: Un Poco de Ciencia Para Todo El Mundo – Wikipedia – Enciclopedia de Electrónica Tomo I.