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AMORTIGUACIÓN
Y ABSORCIÓN DE LA LUZ |
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Experimentos
realizados por alumnos de Bachillerato en el IES "Leonardo Da Vinci" de Alicante. |
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PROPÓSITO DE
LOS
EXPERIMENTOS |
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DISEÑO EXPERIMENTAL |
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DECAIMIENTO
TOTAL DE
LA INTENSIDAD DE LA LUZ EMITIDA POR UNA BOMBILLA |
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DECAIMIENTO DE LA INTENSIDAD DE LA LUZ POR ABSORCIÓN
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INFLUENCIA DEL TIPO
DE BOMBILLA EN EL DECAIMIENTO DE LA RADIACIÓN UVA
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ARCHIVO DE DATASTUDIO |
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PROPÓSITO DE LOS
EXPERIMENTOS |
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El modelo ondulatorio de
la luz prevé la amortiguación de la radiación luminosa y
su absorción por el medio. |
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Tal como muestra la animación
adjunta, la luz emitida por cualquier fuente
(una bombilla, el Sol) se propaga en el espacio
en todas las direcciones. En consecuencia, a
medida que nos alejamos de dicha fuente emisora
se ha de producir un decaimiento de su
intensidad. Debería ser inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia, puesto
que la vibración luminosa se irá repartiendo en
frentes de onda esféricos cuya superficie va
aumentando al alejarnos del foco.
Clic
aquí para descargar la animación |
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A la amortiguación se añade
la absorción de la radiación por el medio (en
este caso, la atmósfera), que, según simula esta
otra animación debería suponer un decrecimiento
exponencial de la intensidad.
Clic
aquí para descargar la animación |
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El objetivo de los experimentos que se van a
realizar es medir el decaimiento de la luz
producida por algunas fuentes artificiales
cotidianas
(bombillas, tubos fluorescentes,..),
investigando cuál es el mejor modelo matemático
que se ajuste a dicho decaimiento. |
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DISEÑO EXPERIMENTAL |
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En el laboratorio del Instituto
disponemos de algunos sensores de intensidad luminosa.
Como, en este caso, se quiere estudiar la evolución de
la intensidad de la luz emitida con la distancia, se
colocará la fuente luminosa en una determinada posición
fija y se irá alejando el sensor, para tomar medidas a
distancias crecientes. Para este propósito se puede ser usar un carril graduado (como
los disponibles para experimentos de mecánica) y
colocar sobre él el sensor, tomando mediciones
de la intensidad luminosa a distancias
crecientes. |
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Una cuestión importante que se ha de
tener en cuenta en estos experimentos es la existencia de una luz ambiental
y el hecho de que pueda sufrir
variaciones durante el experimento y/o entre unos puntos y
otros donde toman las mediciones. Para
minimizar este factor, se realiza el experimento con
las persianas del laboratorio bajadas (para evitar posibles alteraciones
de intensidad de la luz procedente del exterior) y, con
la bombilla apagada, se
mide la
intensidad de la luz ambiental en las diferentes
posiciones. Normalmente, los resultados de estas
mediciones señalan una luminosidad de fondo muy
baja (casi siempre inferior a 1 lux) y
prácticamente constante, que, en ese caso, se puede
despreciar. |
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También pueden contaminar los
resultados posibles reflexiones de la luz en superficies
próximas (por ejemplo, paredes, la propia mesa). Para
evitarlas interesa alejar esas superficies del sensor
y/o procurar que tales superficies tengan colores
oscuros. |
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DECAIMIENTO TOTAL
DE LA INTENSIDAD DE LA LUZ EMITIDA POR UNA BOMBILLA |
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A la izquierda se muestran
resultados obtenidos por un grupo de alumnos de Bachillerato. Para obtenerlos, un estudiante
del grupo alejó el sensor de luz de la
fuente, procurando hacerlo con una velocidad constante.
Sus compañeros de equipo configuraron el sensor a la frecuencia más alta (500Hz)
y tomaron mediciones de la
intensidad luminosa durante el alejamiento del sensor.
En estas
condiciones, si el movimiento de alejamiento hubiera
sido
realmente uniforme, la relación entre la intensidad
luminosa y el tiempo debería resultar similar a la relación
que se investiga entre dicha intensidad y la distancia a la
fuente. Es decir, el ajuste inverso
de grado n realizado debería proporcionar la mejor
aproximación para un exponente
n igual a 2.
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Aunque la precisión del experimento es
escasa, el resultado obtenido
(n = 2.5) podría estar
apoyando la hipótesis de que la parte principal del decaimiento
se deba a la amortiguación, y a ello se agregue
un decaimiento adicional atribuible a una posible absorción de luz por
el medio. |
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DECAIMIENTO DE LA
INTENSIDAD DE LA LUZ POR ABSORCIÓN |
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Para determinar el posible
decaimiento de la intensidad de la luz debido a su
absorción por el medio, planteamos un diseño
experimental como el que enseña la imagen adjunta. En
este caso, la luz emitida por la bombilla sale al
exterior por un orificio pequeño, desde el cual se dirige al sensor
en línea recta (la difracción es despreciable, porque la
abertura es mucho mayor que la longitud de onda).
En estas estas condiciones, la energía del haz de luz no
se reparte en superficies cada vez mayores y podemos suponer
que prácticamente no hay amortiguación.
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A la izquierda se muestran los
resultados obtenidos con este diseño por un grupo de profesores en un curso de
formación docente, celebrado en 2009, en una sesión
impartida por el profesor Vicent Soler del IES "Sixto
Marco" de Elche.
Aunque en este estudio se dispone de
pocas mediciones, el análisis de los mismos constata que
a la gráfica obtenida no se le puede aplicar un ajuste
inverso de grado 2. En cambio, si resultan bastante
próximos un ajuste exponencial en base natural y un
ajuste simplemente exponencial, ambos aceptables y
compatibles con posibles hipótesis tendentes a
interpretar el fenómeno de la absorción. |
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INFLUENCIA DEL TIPO DE BOMBILLA EN EL
DECAIMIENTO DE LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA |
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Uno de los problemas
pendientes que formulan los estudiantes al
terminar este trabajo práctico es la posible
influencia del tipo de bombilla (más en general
de la fuente luminosa) en el proceso estudiado.
El mecanismo que genera la luz es muy diferente
para diferentes fuentes (bombilla tradicional,
bombilla halógena, vela, fuego,..) y, en
consecuencia, también lo es el tipo de luz que
se emite. Es lógico esperar que diferentes tipos
de luz interaccionen de forma diferente con el
medio, dando lugar a un grado muy distinto de
absorción. |
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En relación con esto, en el IES "Sixto Marco" de
Elche un grupo de alumnos de Bachillerato
estudiaron el grado de emisión de
radiación ultravioleta (UV) de tres tipos de
bombilla: una bombilla incandescente, una
bombilla de bajo consumo sin cápsula de
protección y otra bombilla similar con cápsula
de protección. Comprobaron que
la tradicional bombilla incandescente es la que
emite menos radiación UVA, aunque todas lo hacen
en una cantidad muy pequeña y en los tres casos,
la intensidad decrece muy rápidamente. Este
estudio tiene particular interés, porque, como
se sabe, la radiación UV puede ser perjudicial,
si excede de una determinada dosis. |
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ARCHIVOS DE
DATASTUDIO: Te puedes descargar los resultados
originales de los dos experimentos (1
y
2) que se
describen en esta página. Para abrir los archivos se necesita el programa DataStudio, del que tienen
licencia bastantes departamentos de física y química de
institutos de enseñanza secundaria. |
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