Óptica. Introducción

ÓPTICA
TEMA 1. INTRODUCCIÓN. PROPIEDADES DE LA LUZ.
1.1. El espectro electromagnético
1.1.1. Dualidad onda-corpúsculo
1.1.2. Espectros luminosos
1.1.3. Fuentes de luz: Líneas espectrales, Espectro continuo. Lasers
1.2. La velocidad de la luz
1.3. La propagación de la luz
1.4. Índice de refracción
1.5. Reflexión y refracción (ley de Snell).
1.6. Reflexión total. Ángulo límite
1.7.Lámina de caras plano-paralelas

1.1. El espectro electromagnético
La Óptica es la ciencia que trata de las propiedades y de la naturaleza de la luz y de sus interacciones con la materia.
La luz es una onda electromagnética visible con el ojo humano, que ocupa un determinado intervalo del espectro de estas ondas. El rango de frecuencias del espectro electromagnético en que se define la luz es de4.3 x 1014 Hz a 7.5 x 1014 Hz; fisiológicamente, las diferentes frecuencias de la luz son distinguidas por el ojo por su color. Se propaga en el vacío con una velocidad constante de 300.000 km/s.

1.1.1. Dualidad onda-corpúsculo
En la antigüedad era creencia general que la luz estaba formada por partículas, las cuales se movía en líneas rectas a gran velocidad.
Grimaldi (1618-1663) y RobertHooke (1635-1703) fueron los iniciadores de la teoría ondulatoria de la luz. Grimaldi observó la difracción.
Newton (1642-1727) era partidario de la Tª corpuscular atribuyendo las manifestaciones luminosas a la emisión por la fuente de pequeños corpúsculos o partículas de naturaleza imprecisa.
Christian Huygens (1629-1695) en la misma época, era partidario de la Tª ondulatoria y propuso que laenergía emitida por un cuerpo luminoso se propaga en el vacío por medio de un movimiento ondulatorio transversal y para ello supuso que la nada está ocupada por una materia sutilísima (éter).
La Tª corpuscular de Newton fue aceptada durante todo el s. XVIII por la gran autoridad de éste.
En el s. XIX se observan fenómenos de inteferencia y difracción y se revitaliza la idea de la luz como onda:Thomas Young (1773-1829) hizo renacer la teoría ondulatoria añadiendo a ella el principio de interferencia: demostró fenómenos de interferencia y difracción usando luz visible.
Fresnell (1788-1827) sintetizó las teorías de Huygens con el principio de interferencia: explicó mediante la teoría ondulatoria todos los fenómenos que presentaba la luz.
Foucalt (1819-1868) y Fizeau (1819-1896) dieronel golpe de muerte a la teoría corpuscular: demostraron que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua.
Se reconoció que la luz era un fenómeno ondulatorio pero la naturaleza de estas ondas no se conoció hasta la última parte del s. XIX con la Tª de Maxwell.
Maxwell ( 1831-1879) en 1860 realizó un análisis empírico sobre las ondas electromagnéticas: la velocidad de propagación deun campo electromagnético en el vacío es c2 = 1 / 0 0 donde 0 (coeficiente dieléctrico del vacío) y 0 (permeabilidad magnética del vacío), resultando c = 300.000 km/s. Dada la coincidencia en los valores de las velocidades de propagación del campo electromagnético y de la luz, en el vacío, Maxwell afirmó que las ondas luminosas son ondas electromagnéticas.
La confirmación experimental de estateoría la realizó Heinrich Hertz (1857-1894) en 1887, quien también descubrió el efecto fotoeléctrico. Generó y detectó ondas electromagnéticas, demostrando que estas ondas podían estar polarizadas y podían reflejarse y refractarse, y midió su velocidad, viendo que era igual a la del vacío.
La Tª ondulatoria no permite explicar el efecto fotoelétrico, por lo que Planck (1857-1942) supuso que laenergía de la radiación está concentrada en forma de paquetes.
Esta teoría fue aplicada por Albert Einstein (1879-1955) a la explicación teórica del efecto fotoeléctrico: atribuyó a cada paquete (fotones), una energía proporcional a la frecuencia de la onda (E = h), la energía de la onda está cuantizada.
Millikan en 1915 confirmó experimentalmente la teoría expuesta por Einsten.
Esta...