Tecnología y Social Media 


¿Por qué los materiales incandescentes producen luz?

Hoy quiero presentaros un nuevo artículo sobre la interacción luz-materia. Concretamente, me gustaría hablar sobre la luz que producen los materiales incandescentes. ¿Os habéis preguntado por qué una bombilla o el acero “al rojo” despiden luz? Me gustaría darle respuesta a esta pregunta.

Para empezar, tenemos que recordar cómo, en un sólido, los valores energéticos permitidos para los electrones de valencia se distribuyen en “bandas”: la banda de conducción y la banda de valencia. Recordemos además que los electrones tienden a decaer de los estados más energéticos a los estados  menos energéticos emitiendo fotones en el proceso (diferencia energética), proceso conocido como emisión espontánea.

Con estos ingredientes, podemos concluir fácilmente que si un sólido se encontrase en un estado en el que una parte importante de sus electrones de valencia se encontrasen en la banda de conducción, esos electrones tenderían a volver a la banda de valencia produciendo fotones en el proceso, es decir, emitiendo luz. La pregunta pasa a ser clara: “Si los electrones tienden de forma natural a volver, ¿cómo vamos a encontrar un material en ese estado?”

La respuesta es gracias a la energía térmica o calor. Cuando calentamos un material, lo que estamos haciendo es que sus átomos (o moléculas) se muevan con mayor velocidad. La temperatura que medimos es la resultante de la energía cinética de dichos átomos, o lo que es lo mismo, de su masa y velocidad.

Su movimiento desordenado produce “choques” entre ellos. En dichos choques, parte de la energía suele transferirse a las partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones), por lo que estos choques son susceptibles de hacer que un electrón de la banda de valencia pase a la banda de conducción. Cuanto mayor sea la temperatura (es decir, cuanta más energía cinética tengan los átomos y moléculas, mayor es la probabilidad de dicha promoción).

He aquí nuestra respuesta, el proceso es el siguiente, al calentar el material, excitamos electrones que pasan de la banda de valencia a la de conducción. Estos mismos electrones terminarán volviendo a la banda de valencia produciendo emisión espontánea, este proceso se conoce como radiación de “cuerpo negro”. La bombilla o el acero al rojo no son más que ejemplos de este proceso: calentar un material para que dé luz. En cuanto al color de dicha luz dependerá de dos factores:

  • Las diferencias energéticas posibles entre estados en la banda de conducción y la de valencia (determina qué colores puede emitir y cuáles no, un material sólo puede emitir las longitudes de onda que absorbe).
  • La temperatura aplicada (a mayor temperatura se llenarán más estados de la banda de conducción y no sólo los inferiores, produciendo fotones de diversos colores a la vez).

Por eso cuando encendemos una bombilla primero se pone roja (fotones de menor energía de la luz visible) mientras de calienta y luego pasa a blanco (mezcla de fotones de todo el espectro visible) cuando la temperatura alcanzada hace que haya electrones más arriba en la banda de conducción.

 

Más información| Tú Miras, Yo hago el resto, blogspot; Universidad del País Vasco; Estadística de Bose-Einstein (Wikipedia); Estadística de Fermi-Dirac (Wikipedia)

Imágen| Blogspot

RELACIONADOS