RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Antecedente 1

LUZ

Isaac Newton (1642-1727) La luz procedente del sol puede resolverse por un prisma en un espectro de varios colores. Experimento realizado por Newton (publicado en 1672 junto con otros experimentos).

Hoy a este fenómeno lo llamamos DISPERSIÓN DE LA LUZ POR REFRACCIÓN y lo interpretamos como sigue: La velocidad de la luz disminuye, porque al atravesar el material, hace vibrar los átomos del mismo, generando una cadena de absorciones y reemisiones que llevan la energía hasta el otro lado. La longitud de onda disminuye, ya que la frecuencia se mantiene constante.

La luz se propaga dentro del prisma a diferentes velocidades porque el índice de refracción nm depende de la longitud de onda. Este índice es mayor para la longitud de onda menor.

nv es mayor que nR por eso el violeta se desvía más que el rojo

Antecedente 2

Radiación infrarroja

Sir William Herschel (1738-1822) En el año 1800, Herschel midió la temperatura de cada color del espectro, notó que éstos tenían una temperatura mayor que la del ambiente y que aumentaba al ir del violeta al rojo. Después midió la temperatura en una zona ubicada un poco más allá de la luz roja, al parecer desprovista de luz y descubrió que esta región tenía la temperatura más alta de todas. Herschel hizo otros experimentos con estos “rayos caloríficos” y encontró que eran reflejados, refractados, absorbidos y transmitidos igual que la luz visible. Se trataba de una luz ubicada por debajo de la luz roja del espectro. Las imágenes son de: CALTECH. Si deseas reproducir el experimento hay un instructivo en: http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/herschel/index.shtml

Hoy sabemos que la radiación infrarroja tiene una longitud de onda mayor que la de la luz visible.

Las longitudes de onda de la zona infrarroja abarcan desde las micras (millonésima parte de un metro) hasta los centímetros.

Curva de sensibilidad del ojo humano Tomada de: siste.com.ar

Emisión de radiación infrarroja. La imagen de la izquierda muestra las emisiones en infrarrojo del tigre y su entorno (foto de la derecha), mediante un mapa de colores según la temperatura correspondiente a la emisión.

Instructivo para la confección de lentes de visión nocturna: http://www.ehowenespanol.com/gafas-vision-nocturna-como_23236/

ULTRAVIOLETA

Johann Ritter (1776-1810) En 1801 Ritter experimentaba con cloruro de plata, un producto que adquiere un color negro cuando es expuesto a la luz solar. Primeramente colocó cloruro de plata en cada color del espectro y notó que había poco cambio en la parte roja, mientras que se oscurecía cada vez más hacia la parte violeta. Posteriormente colocó cloruro de plata en el área localizada más allá de la parte violeta del espectro y vió que exhibía una intensa reacción. Este experimento demostró que una forma de luz invisible existe más allá del violeta del espectro. Este nuevo tipo de luz, es conocida como luz o radiación ultravioleta.

Puedes obtener el instructivo para un experimento en: http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/ritter/index.shtml

La radiación ULTRAVIOLETA corresponde a longitudes de onda menores a las del espectro visible

Espectro ultravioleta completo

Más allá del UV ... RX Wilhelm Röntgen(1845-1923) Los rayos X, llamados así por su naturaleza misteriosa, fueron descubiertos por casualidad en el año 1895 por Wilhelm Röntgen, mientras efectuaba investigaciones sobre los rayos emitidos por un tubo que contenía gas a baja presión sometido a un voltaje muy grande (similar a los tubos de neón). Röntgen notó que cuando funcionaba el tubo, si bien éste se encontraba en una caja de cartón negro, una pantalla que estaba cerca, recubierta con un compuesto de bario, emitía luz fluorescente. Para hacer una prueba, la esposa de Röntgen colocó su mano sobre una placa fotográfica y al ser irradiada por los rayos X se tomó la primera radiografía.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda del orden de 10-10m a 10-12m.

Esquema estático y animación sobre la producción de rayos X en un tubo convencional de rayos X tomados de: http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_02.html

Dos tipos de RX:

Producción de la "brehmstrahlung" (radiación de frenado). Cuando un electrón de alta energía pasa cerca del núcleo se desvia debido a la interacción electromagnética. Como consecuencia de este proceso, el electrón pierde energía en forma de un fotón X, cuya energía puede tomar cualquier valor (hasta el valor que llevaba el electrón incidente). Animación tomada de Nobelprize.org

Producción de rayos X característicos de un metal. Un electrón de alta energía puede producir la salida de un electrón cercano al núcleo. La vacante así producida se rellena por el salto de otro electrón de una capa superior, con mayor energía. Esa diferencia de energía entre niveles (característica del átomo) se transforma en radiación X. Animación tomada de Nobelprize.org

Radiación gama: Radiactividad: Henri Becquerel (1852-1908) en 1896, descubrió radiaciones producidas por una sal de uranio. Continuaron con el estudio de este fenómeno los esposos Pierre y Marie Curie.

Partículas Alfa y Beta: En 1899, Rutherford (1871-1937) expuso estas radiaciones a la acción de un campo magnético y encontró dos tipos de partículas: unas poco penetrantes y de naturaleza positiva, rayos alfa, y otras más penetrantes y de carácter negativo, rayos beta.

Rayos Gama: En 1900, Paul Ulrich Villard (1860-1934) repitió el experimento usando un campo magnético más potente y encontró que un porcentaje de la radiación no era desviado por el campo. Era una radiación similar a los RX. En 1903, Rutherford demostró que eran ondas electromagnéticas y los llamó rayos gamma.

Radiación gama:

Es un tipo de radiación producida por: elementos radiactivos, procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón o fenómenos astrofísicos de gran violencia.

En 1912, Víctor Hess (18831964), experimentaba a bordo de un globo aerostático, estudiando la causa de la ionización del aire. Determinó que la ionización, aumentaba a cierta altura y supuso que la fuente de radiación debía ser de origen extraterrestre. En 1926, Millikan denominó a esta radiación gama: "rayos cósmicos".

Foto obtenida en: http://www.iar.unlp.edu.ar/

Pulsar descubierto por el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA. Oct. 17, 2008: Un cadáver estelar de 10.000 años de antigüedad lanza un haz de rayos gamma en dirección a la Tierra, aproximadamente tres veces por segundo. Es el primero que "parpadea" en rayos gamma puros.

Bandas UV Se suelen diferenciar tres bandas de radiación ultravioleta cercana: UV-A, UV-B y UV-C.

Imagen obtenida en: http://www.indiceuv.cl UV-A.- Banda más cercana al espectro visible y no es absorbida por el ozono. Tienen longitudes de onda entre 320 y 400 nm UV-B.- Esta banda es absorbida casi totalmente por el ozono, aunque algunos rayos de este tipo llegan a la superficie de la Tierra. Es un tipo de radiación dañina, especialmente para el ADN. Tienen longitudes de onda entre 280 y 320 nm UV-C.- Este tipo de radiación es extremádamente peligroso, pero es absorbido completamente por el ozono y el oxígeno. Sus longitudes de onda se encuentran entre 200 y 280 nm

Espectro electromagnético proveniente del exterior

Imagen tomada de la NASA

La radiación electromagnética que llega a la superficie terrestre corresponde a la ventana óptica y a la de ondas de radio.

Cuanto más corta es la longitud de onda, más “penetrante” es la radiación. Esto significa que la radiación es capaz de interactuar directamente a nivel celular, molecular, atómico o subatómico. La longitud de onda da la medida del elemento con el que la radiación puede interactuar. La ventana óptica incluye los RUV-A, pero no los RUV-B. Éstos llegan hasta la estratósfera e interactúan con el ozono allí presente. Termósfera, Mesósfera y Estratósfera protegen la superficie de nuestro planeta de las radiaciones de onda más corta y de muchas pertenecientes al infrarrojo. Esto hace posible la vida, tal como la conocemos.

Espectro electromagnético BANDA

Longitud de onda

Frecuencia

Rayos gamma

< 10 pm

> 30 EHz

Rayos X

< 10 nm

> 30 PHz

Ultravioleta extremo

< 200 nm

> 1,5 PHz

Ultravioleta cercano

< 380 nm

> 789 THz

Luz Visible

< 780 nm

> 384 THz

Infrarrojo cercano

< 2,5 micrm

> 120 THz

Ifrarrojo mediano

< 50 micrm

> 6,00 THz

Infrarrojo lejano

< 1 mm

> 300 GHz

Microondas

< 30 cm

> 1,00 GHz

UHF

300 MHz

VHF

< 10 m

> 30 MHZ

Onda corta

< 180 m

> 1,7 MHz

Onda media

< 650 m

> 650 KHz

Onda larga

< 10 Km

> 30 KHz

VLF

> 10 Km

< 30 KHz

La radiación ultravioleta también puede ser de mucha utilidad.

Aplicaciones - 1

Luminarias fluorescentes Producen radiación UV utilizando gas de mercurio a baja presión. Un recubrimiento fosforescente en el interior de los tubos absorbe la radiación UV y la convierte en luz visible. Parte de la emisión de este gas está en el rango UVC. La exposición sin protección, de piel y ojos, a lámparas de mercurio que no tienen un recubrimiento fosforescente de conversión es sumamente peligrosa. Otras fuentes de radiación UV incluyen las lámparas de xenón, deuterio, mercurioxenón, haluro metálico y halógenas. Imagen obtenida en http://www.arqhys.com/construccion/lamparas-fluorescentes.html

Aplicaciones - 2

Luz ultravioleta

También conocida como luz negra. En estas lámparas se usa sólo un tipo de fósforo especial y se reemplaza el vidrio claro por uno de color azul-violeta, llamado cristal de Wood. La radiación ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, produce fluorescencia permitiendo autenticar antigüedades y billetes, es un método de examen no invasivo. En estructuras metálicas, se suele aplicar líquidos fluorescentes para después iluminarla con una luz negra, y así detectar grietas y otros defectos. En ciencia forense, se usa para detectar rastros de sangre, orina, semen y saliva (entre otros) porque estos líquidos adquieren fluorescencia. Usando esta técnica, algunos reporteros han revelado la falta de higiene en las habitaciones de los hoteles, o manchas en ropa que de otra manera serían más difíciles de detectar.

Aplicaciones - 3

Control de plagas

Las trampas ultravioleta se usan para eliminar pequeños insectos voladores. Dichas criaturas son atraídas a la luz UV para luego ser eliminadas por una descarga eléctrica o atrapadas después de tocar la trampa.

Aplicaciones - 4

Esterilización

La radiación ultravioleta se utiliza para matar los microorganismos, mohos y hongos en diversas aplicaciones ambientales. La esterilización UV se utiliza para los sistemas de purificación del aire o del agua del acuario, para el mantenimiento de los estanques de los laboratorios, la higiene y la protección de alimentos y bebidas. Los tratamientos UV por lo general se llevan a cabo sólo dentro de una cámara especializada para exposición UV. Es útil para la eliminación selectiva de los microorganismos en el aire y el agua. la esterilización ultravioleta no deja residuos químicos o radiación en el aire o el agua y es inofensivo para los animales y plantas. Las radiaciones UV funcionan bien con los agentes patógenos transmitidos por el agua. El agua debe ser filtrada antes de la exposición UV para mejorar la penetración y el efecto de esterilización. Los microorganismos esterilizados permanecen en el aire o el agua.

Imagen obtenida en http://esterilizacionaguaultravioleta.fadecen.com/

Fototerapia Tratamiento de luces UV para la psoriasis y otras afecciones de la piel. La exposición de la piel a la luz ultravioleta (UV), del sol o de una fuente artificial, retarda el crecimiento anormalmente rápido de las células cutáneas que se asocia con la psoriasis. En casos de vitíligo, puede ayudar a crear re pigmentación.

Imagen obtenida en http://www.ecopsoriasis.com/

Imagen obtenida en http://redvitiligo.blogspot.com/

Bibliografía y sitios consultados

*Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas – Segunda Edición – Gerald Holton -Ed. Reverté – 1976 – Barcelona, España *El libro de la Física – Del Big Bang hasta la resurrección cuántica, 250 hitos de la historia de la Física – Clifford A. Pickover – 2012 Librero b,v, Kerkdriel, Holanda *Física conceptual – Tercera Edición – Paul G. Hewitt – Ed. Pearson – México – 1999 *Física para Ciencias e Ingeniería, con física moderna – Douglas C. Giancoli – Ed. Pearson – México - 2009 *http://www.fotonostra.com/grafico/historiacolor.htm *http://www.astromia.com/astronomia/newtonluz.htm *http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol//edu/herschel/herschel_bio.shtml *http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_02.html *http://descubriendo.fisica.unlp.edu.ar/descubriendo/index.php/Rayos_que_dieron_que_hablar *http://web.fceia.unr.edu.ar/es/notas-de-ciencia-y-tecnologia/441-materiales-para-el-desarrollo-.html *http://ciencia.nasa.gov/science-at-nasa *http://www.ecured.cu/index.php/Radiaci%C3%B3n_ultravioleta#Luminaria_fluorescente *http://www.ehowenespanol.com/rayos-uv-matar-bacterias-como_72922/ *http://www.natbiocorp.com/sp1/psoriasis-fototerapia.htm *http://www.natbiocorp.com/es/fototerapia-vitiligo-i.htm