Tecnología y Social Media 


Introducción a la interacción luz-materia

Si en mi anterior publicación hice una introducción al misterioso y mágico efecto al que llamamos luz y mencioné la Teoría de la Relatividad de Einstein; en ésta introduciré los conceptos básicos de la interacción luz-materia, hablando del trabajo por el que le concedieron el Nobel a este eminente físico, el Efecto Fotoeléctrico. En este artículo (y los siguientes) haré una breve introducción a este trabajo, explicando cómo se genera y se consume la luz.

Antes de comenzar, introduciré algunos conceptos que necesitaremos más adelante:

  • Fotón: Unidad energética mínima de luz. Tiene una energía de hf, siendo h la Constante de Plank y f  su frecuencia (o color). Todo haz luminoso es la suma de un número entero (generalmente enorme) de fotones.
  • Nivel energético: La Teoría Cuántica describe que las partículas subatómicas que conforman un átomo (o una estructura atómica) sólo pueden tener determinados niveles de energía en situación estable. Así, por ejemplo, un electrón podría tener un valor de energía E1 o E2, pero no valores comprendidos entre ambos. En este artículo hablaremos tan sólo de niveles energéticos de electrones, aunque esta cuantificación energética no sea exclusiva de este tipo de partículas.
    Es importante especificar que los niveles energéticos dependen del sistema que tratamos, de modo que serán distintos los niveles posibles para un átomo de H que para una molécula de H2 o para un átomo de He.
  • Nivel energético fundamental: Se trata del valor energético de menor energía que puede ocupar el electrón. Se trata, por tanto, del más estable, ya que las partículas tienden a buscar situaciones de mínimos energéticos.
  • Nivel energético excitado: Todos los valores energéticos estables distintos del estado fundamental.

Aunque extensible a sistemas más complejos, para nuestra explicación imaginemos un átomo de H (un único protón y un único electrón) y fijémonos tan sólo en sus dos niveles energéticos más bajos. Llamemos E0 al estado fundamental y E1 al estado excitado.

Imaginemos que por algún motivo, el electrón se encuentra en el estado E1. Tras un cierto período de tiempo, es previsible (y observable en la realidad) que éste volverá al estado E0. Como energía ha de conservarse, la diferencia energética se traduce en la producción de un fotón de energía (E1-E0). Este efecto se conoce como emisión espontánea, y se caracteriza porque el fotón emitido tiene dirección y fase aleatorias.

El efecto contrario también se produce, si un fotón de energía (E1-E0) “choca” contra este átomo cuando está en E0, el fotón será consumido y el átomo pasará a estar en E1. Este efecto se conoce como absorción.


Estos dos efectos explican las interacciones más comunes luz-materia que se producen en la naturaleza. En posteriores artículos profundizaré en estos conceptos para explicar cosas como por qué el Sol o una bombilla producen luz o por qué el vidrio es transparente (no absorbe luz).

Imagen| lsmanalytical

RELACIONADOS