Espectroscopio (IYL2015 –Óptica9)

La dispersión de la luz, permite separar la luz de una fuente luminosa en sus componentes para analizarla, porque permite ver ámbitos de “longitud de onda”, de “frecuencia”, o de “energía”.

• Los objetos dispersores más conocidos son los prismas, como el que usamos en la entrada (IYL2015 –Óptica5) Dispersión de la Luz por un Prisma.
  Las pequeñas gotitas de agua suspendidas en una nube o formadas cuidadosamente por el aspersor de una manguera, cuyo efecto usted ha visto en los arcoíris, son también objetos dispersores de la luz. 
• Otro dispersor es la “rejilla de difracción” que puede usarse con luz transmitida (atraviesa del objeto), como se usa en la mayoría de los espectroscopios modernos, o con luz reflejada, como lo hace un “CD” o un “DVD”.
• Un espectroscopio es entonces un instrumento para formar y examinar un espectro luminoso, especialmente en la región visible (del rojo al violeta), del espectro electromagnético. 
• Una red de difracción es en esencia un material (algún tipo de plástico), con un rayado microscópico en su superficie, que produce difracción. 
  La difracción de la luz desvía las longitudes de onda largas (rojo), más que las longitudes de onda cortas (violeta) y como cada longitud de onda en esta región, está asociada a un color diferente, vemos entonces un espectro. 
• La difracción de la luz es una prueba más de la naturaleza ondulatoria de la luz, aunque también sabemos que se comporta como partícula (fotones). Lea en mi blog: “La luz; onda o partícula”.
  
•  El espectroscopio nos permite visualizar, cuales longitudes de onda están presentes en la luz que emite una fuente y además tener una idea de su brillo y porcentaje de presencia. 
• En el primer párrafo de esta entrada hablamos de “longitud de onda (λ)”, “frecuencia (f)” y “energía (E) ”. No son sinónimos y mucho menos conceptos equivalentes, pero en el caso de la luz, están estrictamente relacionados por las ecuación: c = λ f  y E = h f.
  Donde c = 299 792 458 m/s es la velocidad de la luz  en el vacío y
  h=  6,626 x 10^-34 joule segundo es la constante de Planck.

Para motivar a sus estudiantes, el docente puede construir un espectroscopio con una red de difracción y preparar un material como el de la figura; una cartulina  con un texto básico y varias preguntas, para compartir con la clase.

Objetivo: Observar espectros luminosos (“arcoíris”) de varias fuentes luminosas.
Materiales: Red de difracción (Edmund Scientifics), tubo de cartón de unos 20 cm de largo y 3 cm de diámetro (puede ser diferente), lámina de lata de refresco para construir una rendija de 0,1 mm de ancho (también puede hacerla con dos bordes de navaja de afeitar), cúter, tijera, cinta engomada, lápiz.
En una próxima entrada, construiremos un espectroscopio, usando un CD en vez de la red de difracción usada aquí.

¿Qué hacer?:

1. Pinte de negro el interior del tubo de cartón (no es estrictamente necesario). 
2. Corte dos discos de lámina metálica, con un diámetro un poco mayor que el del tubo. 
3. Con mucho cuidado corte uno de ellos por el diámetro (corte recto y limpio).
   Péguelos a un extremo del tubo, de tal manera que queden separados 0,1 mm, para construir la rendija. Solo a través de la rendija entrará la luz al espectroscopio. 
4. Corte un cuadrado de 1 cm de lado de red de difracción (es un material costoso y no muy fácil de adquirir).
   En el otro disco metálico, corte un cuadrado un poco menor que la red de difracción que usará.
   Cierre esta abertura con la red de difracción.
   Pegue este disco al otro extremo del tubo (la red por dentro). Solo saldrá luz del espectroscopio, hacia su ojo, por la red de difracción.

Ya está. Observe fuentes luminosas colocando su ojo por el extremo del espectroscopio que tiene la red de difracción.
Nunca mire hacia el Sol.

• Describa lo que observa. 
• ¿Cuáles colores, en qué orden? 
• ¿Cambian los colores del espectro de una fuente a otra (bombillo incandescente, llama de candela o de gas, fluorescente, “led”, bombillos de alumbrado público, etc?

Referencias adicionales:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/grating.html#c2 ,
http://www.trentu.ca/physics/prosundergrad_diffraction.php ,
http://www.kshitij-iitjee.com/diffraction-grating