Page 668 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

33.5 Rayos de luz y sombras 649

Radiación
absorbida
Radiación
emitida

Baterías Amperímetro
ura 33.8 El efecto fotoeléctrico. Figura 33.9 El histórico átomo de Bohr es una
manera útil de visualizar las transiciones entre los
niveles de energía.

discretos, o cuantos. El contenido de energía de estos cuantos, o fotones como fueron llamados,
es proporcional a la frecuencia de la radiación. La ecuación de Planck se puede escribir como

E = h f (33.4)

donde E = energía del fotón
f = frecuencia del fotón
h = factor de proporcionalidad llamado constante de Planck (6.626 X 10~34 J ■ s)
En 1905. Einstein amplió la idea propuesta por Planck y postuló que la energía en un haz
de luz no se difunde en forma continua a través del espacio. Al suponer que la energía lumi­
nosa se concentra en pequeños paquetes (fotones) cuyo contenido de energía está dado por la
ecuación de Planck, Einstein fue capaz de predecir el efecto fotoeléctrico matemáticamente.
Por fin. la teoría se reconcilió con la observación experimental.
Por consiguiente, tal parece que la luz es dual. La teoría ondulatoria se conserva ya que se con­
sidera que el fotón tiene una frecuencia y una energía proporcional a la frecuencia. En la práctica ac­
tual se utiliza la teoría ondulatoria cuando se estudia la propagación de la luz. Por otra parte, la teoría
corpuscular es necesaria para describir la interacción de la luz con la materia. Podemos pensar en la
luz como energía radiante transportada por fotones y transmitida por un campo ondulatorio.
El origen de los fotones de luz no se comprendió sino hasta que Niels Bohr propuso en 1913
un modelo para el átomo basándose en la teoría cuántica. Bohr postuló que los electrones se pue­
den mover alrededor del núcleo de un átomo únicamente en ciertas órbitas o niveles de energía dis­
cretos. como se aprecia en la figura 33.9. Se dijo que los átomos estaban cuantizados. Si en alguna
forma se le suministra energía a los átomos, por ejemplo en forma de calor, los electrones orbitales
pueden saltar a una órbita superior. Algún tiempo después, estos electrones excitados caerán de
nuevo a su nivel original, liberando tantos fotones de energía como los que hayan sido absorbidos
originalmente. Aunque el modelo de Bohr no es correcto en sentido estricto, estableció las bases
para comprender la emisión y la absorción de radiación electromagnética en unidades cuánticas.

Rayos de luz y sombras

Una de las primeras propiedades de la luz que se estudiaron fue la propagación rectilínea y la
formación de sombras. Instintivamente, confiamos mucho en esta propiedad para estimar dichas
distancias, direcciones y formas. La formación de sombras nítidas se aprovecha en un reloj solar
para medir el tiempo. En esta sección estudiaremos cómo se predice la formación de sombras.