Cuerpos luminosos: características y como generan su propia luz
Se denomina cuerpo luminoso a todo objeto natural o no natural que emita su propia luz, siendo esta la parte del espectro electromagnético visible por los ojos humanos. Lo contrario de un objeto luminoso es uno no luminoso.
Los objetos no luminosos son visibles debido a que son iluminados por la luz emitida por los objetos luminosos. A los cuerpos no luminosos se les denomina también cuerpos iluminados, aunque no siempre están en ese estado.
Los objetos luminosos son fuentes primarias de luz ya que la emiten, mientras los objetos no luminosos son fuentes secundarias de luz porque reflejan la producida por los primeros.
Índice del artículo
- 1 Ejemplos de cuerpos luminosos y no luminosos
- 2 Características de los cuerpos luminosos y su luz
- 3 ¿Cómo generan la luz los cuerpos luminosos?
- 4 Referencias
Existen objetos en la naturaleza capaces de emitir luz. Entre ellos cabe citar:
– El sol.
– Las estrellas.
– Los insectos luminiscentes, como luciérnagas y otros.
– Los rayos.
– Las auroras boreales o luces del norte.
Los siguientes son objetos luminosos hechos por el hombre:
– Lámparas o bombillas incandescentes.
– La llama de una vela.
– Lámparas fluorescentes.
– Luces LED.
– La pantalla de un teléfono móvil.
En la naturaleza hay muchos objetos que no emiten luz por sí mismos, pero pueden estar iluminados:
– La Luna, que refleja la luz del Sol.
– Los planetas y sus satélites, que también reflejan la luz del Sol.
– Los árboles, las montañas, los animales, reflejan la luz del cielo y del Sol.
– El cielo azul y las nubes. Son visibles debido a la dispersión de la luz solar.
La principal característica de los cuerpos luminosos es que la luz con la que podemos verlos es producida por el propio objeto.
Podemos ver a las personas y a los objetos gracias a la luz que emiten los cuerpos luminosos, ya sean naturales o artificiales. Y también a que la naturaleza nos ha dotado de los órganos de la visión.
En ausencia de cuerpos luminosos es imposible ver todo lo que nos rodea. Si alguna vez se ha experimentado la oscuridad total, entonces se sabe la importancia de los cuerpos luminosos.
Es decir, sin luz no hay visión. La visión humana y de los animales es la interacción entre la luz emitida por los cuerpos luminosos y la reflejada por los cuerpos no luminosos con nuestros sensores de luz en el ojo y con nuestro cerebro, donde finalmente se construye e interpreta la imagen.
La visión es posible porque la luz emitida o reflejada por los objetos se mueve por el espacio y llega a nuestros ojos.
Un fotón es la menor cantidad de luz que puede emitir un cuerpo luminoso. Los fotones son emitidos por los átomos de los cuerpos luminosos y reflejados o dispersados por los no luminosos.
La visión solo es posible cuando algunos de esos fotones, emitidos, dispersados o reflejados, llegan a nuestros ojos, donde producen una excitación electrónica en las terminaciones del nervio óptico que llevan un pulso eléctrico hasta el cerebro.
Los fotones son emitidos por los átomos de los cuerpos luminosos cuando estos han sido excitados de modo tal que los electrones de los orbitales atómicos pasan a estados de mayor energía, que luego decaen a estados de menor energía con la consecuente emisión de fotones.
Todo cuerpo, si se le aumenta la temperatura, pasa a ser emisor de luz. Un trozo de metal a temperatura ambiente es un cuerpo no luminoso, pero a 1000 grados celsius es un cuerpo luminoso, porque los electrones pasan a ocupar niveles más altos y al decaer a niveles más bajos emiten fotones en el rango del espectro visible.
Esto es lo que ocurre a nivel atómico con todos los cuerpos luminosos, ya sea el Sol, la llama de una vela, el filamento de una bombilla incandescente, los átomos del polvo fluorescente de la bombilla ahorradora o los átomos del diodo LED, que es el cuerpo luminoso artificial más reciente.
Lo que varía de un caso al otro es el mecanismo de excitación para que los electrones pasen a niveles atómicos de mayor energía para luego decaer y emitir fotones.
La visión no es instantánea, pues la luz viaja a una velocidad finita. La velocidad de la luz en el aire y en el vacío es del orden de los 300 mil kilómetros por segundo.
Los fotones de luz que salen de la superficie del Sol tardan 8 minutos y 19 segundos en llegar hasta nuestros ojos. Y los fotones que emite Alfa Centauri, nuestra estrella más cercana, tardan 4,37 años en llegar a nuestros ojos si estamos mirando al cielo.
Los fotones que podamos observar a simple vista o a través de un telescopio de la galaxia de Andrómeda, la más cercana a la nuestra, habrán salido de allí hace 2,5 millones de años.
Incluso cuando vemos la Luna, estamos viendo una Luna vieja, pues lo que estamos mirando es una imagen de hace 1,26 segundos. Y la imagen de los jugadores de un partido de fútbol que vemos en las gradas a 300 metros de los jugadores, es una imagen vieja una millonésima de segundo en el pasado.
Según las teorías más aceptadas, la luz es una onda electromagnética, como lo son las ondas de radio, las microondas con las que se cocinan los alimentos, las microondas de la telefonía celular, los rayos X y la radiación ultravioleta.
Sin embargo, la luz es una onda pero también está compuesta de partículas llamadas fotones, como afirmamos anteriormente. La luz tiene este comportamiento dual, lo que se conoce en física como la dualidad onda-partícula.
Toda la variedad de ondas electromagnéticas se diferencian en su longitud de onda. La parte del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir se denomina espectro visible.
El espectro visible corresponde a un estrecho margen del espectro electromagnético comprendido entre 0,390 micrómetros y 0,750 micrómetros. Este es el tamaño característico de un protozoo (ameba o paramecio).
Por debajo del espectro visible, en longitud de onda, tenemos la radiación ultravioleta cuya longitud de onda es comparable al tamaño de las moléculas orgánicas.
Y por encima del espectro visible está la radiación infrarroja, cuyo tamaño es comparable a la punta de una aguja. En la punta de esa aguja caben de 10 a 100 protozoarios, es decir, de 10 a 100 longitudes de ondas del espectro visible.
En cambio las microondas tienen longitudes de onda comprendidas entre los centímetros y los metros. Las ondas de radio tienen longitudes comprendidas entre los cientos de metros hasta miles de metros. Los rayos X tienen longitudes de onda comparables al tamaño de un átomo, mientras que los rayos gamma tienen longitud de onda comparable al núcleo atómico.
El espectro visible incluye la variedad de colores que pueden distinguirse en un arco iris, o en la luz solar dispersada en un prisma de vidrio. Cada color tiene una longitud de onda que puede expresarse en nanómetros, que es la millonésima parte de un milímetro.
El espectro luminoso y sus longitudes de ondas en nanómetros (nm), de mayor a menor, son como sigue:
– Rojo. Entre 618 y 780 nm.
– Anaranjado. Entre 581 y 618 nm.
– Amarillo. Entre 570 y 581 nm.
– Verde. Entre 497 y 570 nm.
– Cian. Entre 476 y 497 nm.
– Azul. Entre 427 y 476 nm.
– Violeta. Entre 380 y 427 nm.
La luz tiene energía e ímpetu. Cada color del espectro visible corresponde a fotones de diferente energía y diferente ímpetu o cantidad de movimiento. Esto se supo gracias a los pioneros de la física cuántica como fueron Max Planck, Albert Einstein y Louis De Broglie.
Max Planck descubrió que la energía luminosa viene en paquetes o cuantos, cuya energía E se mide en Joules y es igual a el producto de una constante fundamental de la naturaleza conocida como constante de Planck, que se denota con la letra h y la frecuencia f en Hertz.
E = h∙f
Este descubrimiento fue hecho por Planck para poder explicar el espectro de radiación de un cuerpo luminoso, que solo emite radiación pero no refleja ninguna, conocido como el “cuerpo negro” y cuyo espectro de emisión cambia según la temperatura.
La constante de Planck es h=6,62×10^-34 J*s.
Pero fue Albert Einstein el que afirmó, de forma indudable, que la luz eran fotones con energía dada según la fórmula de Planck, como única manera de explicar un fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico, en el que un material iluminado con luz emite electrones. Fue por este trabajo que Einstein recibe el premio Nobel.
Pero el fotón, como toda partícula y a pesar de no tener masa, tiene un ímpetu o cantidad de movimiento dada por una relación descubierta por Louis De Broglie en el marco de la dualidad onda-partícula del fotón y de los objetos cuánticos.
La relación de De Broglie afirma que el momentum p del fotón es igual al cociente de la constante de Planck h y la longitud de onda λ del fotón.
P = h / λ
El color rojo tiene una longitud de onda de 618×10^-9 m y una frecuencia de 4,9 x 10^14 Hz, entonces la energía de un fotón es 3,2×10^-19J y su ímpetu es 1,0×10^-27 kg*m/s.
En el otro extremo del espectro visible está el violeta con una longitud de onda de 400×10^-9 m y una frecuencia de 7,5 x 10^14 Hz, entonces la energía de un fotón es 4,9×10^-19J y su ímpetu es 1,7×10^-27 kg*m/s. De estos cálculos concluimos que el violeta tiene más energía y más ímpetu que el rojo.
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