Secundaria Duda : Fotones y cuantos

[gaston9412]

Hola , me inquietud estaba relacionada a la interaccion de fotones con el medio , la pregunta es : ¿ un cuanto de luz (visible) al atravesar un medio como el agua , baja su velocidad por lo que pierde enegia ?, pero a su ves aumenta su frecuencia haciendo valar lesyes de conservacion ?ya que por lo poco que entiendo la : la energia de un cuanto es es igual a su frecuencia multiplicada por K(constante de planck) .

esa era una de mis dudas .

Agradeseria al que pueda ayudarme con esta duda , ya que mis conocimientos sobre fisica y matematica son mas que basicos ( casi nulos ) , ya que curso 2do año de secundaria (tengo 15 años) .

Si al leer esto alguien desea o tiene la posibilidad de enviarme informacion de cualquier tipo de fisica , lo agradeceria .

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Re: Duda : Fotones y cuantos

Ten en cuenta que a nivel de partículas elementales, no existen los "medios". El agua, por ejemplo, no es más que un montón de moléculas $H_2O$ moviéndose y chocando entre si. Los fotones pasan por al lado de ellas tranquilamente, y van exactamente a la misma velocidad que siempre. Sólo cuando chocan contra una de esas moléculas ocurren cosas, el fotón es absorbido y reemitido un poco más tarde. Por eso parece que vaya más lento.

El concepto de medio sólo aparece cuando miramos las cosas desde lejos. En vez de estudiar todas las moléculas del agua una por una, es más fácil decir que es un medio continuo. Y para tener en cuenta el retardo que sufre la luz al chocar contra los átomos, decimos que la velocidad (efectiva) de la luz es menor en ese medio. Pero es un artificio matemático, los fotones van siempre a la misma velocidad.

[Salgo]

Re: Duda : Fotones y cuantos

Mmmm.... ¡Qué interesante! ¡Jamás había tomado conciencia de que algunos fotones pueden retrasarse mientras otros los aventajan! ¿Es fascinante!

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Re: Duda : Fotones y cuantos

Mmmm.... ¡Qué interesante! ¡Jamás había tomado conciencia de que algunos fotones pueden retrasarse mientras otros los aventajan! ¿Es fascinante!

Creo que no has entendido bien. Los fotones siempre van a la misma velocidad. Lo que pasa es que algunos fotones desaparecen al ser absorbidos por átomos. Después, el átomo emite otro fotón, pero es idéntico (por conservación del momento). Si uno lo mira desde lejos, parece que sea el mismo fotón que se ha retrasado. Pero no es así.

[Salgo]

Re: Duda : Fotones y cuantos

Tengo una duda. En el inicio de un recorrido pongo una fuente de luz y en el final un detector de luz. Conozco la longitud del recorrido y mido el tiempo transcurrido entre activar la fuente de luz y recibir la primera señal en el detector. El recorrido se hace en el agua o en otro medio material transparente, no en el vacío. Si hay fotones que pasan entre los átomos o entre las partes mismas de los átomos y llegan al final sin haber interactuado con nada, entonces es como si hubiesen viajado en el vacío según creo haber entendido de lo que dijo pod. Siendo así divido la longitud del recorrido por el tiempo medido hasta la primera detección y obtengo un resultado igual a la velocidad de la luz en el vacío. Los fotones que son atrapados y reemitidos solamente alterarían, según parece, el flujo de potencia a la salida del recorrido. Las colisiones dentro del material funcionarían como un grifo que regula el caudal pero no la velocidad del agua, si fuese agua en lugar de luz. Sin embargo pod ha establecido que las colisiones afectan a la velocidad de la luz en el medio material. De ahí nace mi duda. Por mis propios medios no logro obtener la conclusión que pod ha establecido. Un saludo.

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Re: Duda : Fotones y cuantos

Tengo una duda. En el inicio de un recorrido pongo una fuente de luz y en el final un detector de luz. Conozco la longitud del recorrido y mido el tiempo transcurrido entre activar la fuente de luz y recibir la primera señal en el detector. El recorrido se hace en el agua o en otro medio material transparente, no en el vacío. Si hay fotones que pasan entre los átomos o entre las partes mismas de los átomos y llegan al final sin haber interactuado con nada, entonces es como si hubiesen viajado en el vacío según creo haber entendido de lo que dijo pod. Siendo así divido la longitud del recorrido por el tiempo medido hasta la primera detección y obtengo un resultado igual a la velocidad de la luz en el vacío. Los fotones que son atrapados y reemitidos solamente alterarían, según parece, el flujo de potencia a la salida del recorrido. Las colisiones dentro del material funcionarían como un grifo que regula el caudal pero no la velocidad del agua, si fuese agua en lugar de luz. Sin embargo pod ha establecido que las colisiones afectan a la velocidad de la luz en el medio material. De ahí nace mi duda. Por mis propios medios no logro obtener la conclusión que pod ha establecido. Un saludo.

Primero, yo no he establecido ninguna conclusión. Me limito a transmitir lo que las grandes mentes descubrieron hace mucho tiempo, y que se ha ido comprobado experimentalmente desde entonces probablemente en miles de ocasiones.

Segundo, lo has entendido todo al revés. La potencia (el número de fotones) no se ve alterado. Entran lo mismos fotones que salen. Sólo que tardan más porque han perdido tiempo siendo absorbidos y reemitidos por los átomos. Más que grifos, son como los peajes de la autopista.

[Salgo]

Re: Duda : Fotones y cuantos

La potencia (el número de fotones) no se ve alterado. Entran lo mismos fotones que salen. Sólo que tardan más porque han perdido tiempo siendo absorbidos y reemitidos por los átomos.

Lo he estado pensando. Parece que en teoría de la luz la potencia se define de modo muy distinto a lo que aprendemos en la escuela. Si fuese como en la escuela, la potencia sería energía/tiempo y si la misma energía tarda más tiempo en aparecer a la salida, en la escuela nos dicen que disminuye la potencia. Pero, evidenetemente, la teoría de la luz parece no cumplir esto...

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Re: Duda : Fotones y cuantos

Lo he estado pensando. Parece que en teoría de la luz la potencia se define de modo muy distinto a lo que aprendemos en la escuela. Si fuese como en la escuela, la potencia sería energía/tiempo y si la misma energía tarda más tiempo en aparecer a la salida, en la escuela nos dicen que disminuye la potencia. Pero, evidenetemente, la teoría de la luz parece no cumplir esto...

Sí que lo cumple. En efecto, la potencia es energía entre tiempo. ¿Pero qué tiempo hay que poner ahí? Pues el tiempo que la energía en salir de la fuente. No el tiempo que tarda en llegar dicha energía.

Es decir, si yo tengo un laser de 5W, quiere decir que cada segundo salen del mismo suficientes fotones para sumar 5J entre todos. ¿Cuánto tiempo tardará en llegar esos fotones? Pues depende de lo cerca o lejos que esté el objetivo, de lo que se encuentre entremedio que lo retrase, etc. Pero la potencia del laser será la misma, por que es la "velocidad" a la que el laser envía energía, sin importar el tiempo de viaje.

[Salgo]

Re: Duda : Fotones y cuantos

bueno, gracias pod, intentaré entenderlo

[Salgo]

Re: Duda : Fotones y cuantos

He buscado auxilio para entender y me han dicho que la luz visible tiene la longitud de onda comprendida entre 400 y 800 nanometros aproximadamente; y que para ese intervalo de longitud de onda un medio transparente se comporta como homogéneo y continuo frente a la radiación electromagnética, siendo por eso que no se puede explicar la menor velocidad de la luz en el agua que en el vacío diciendo que algunos fotones colisionan con partículas de los átomos y que eso da un retraso. Y que si a la salida del tubo hay menos energía por segundo que a la entrada se está disipando energía en el medio y estaría actuando como grifo disminuyendo la potencia y además en algo se manifestaría la energía absorbida por el medio. Pero que básicamente no se puede explicar por colisiones, pues la longitud de onda visible es muy grande para eso y el medio en ese caso se comporta como isótropo y homogéneo, que no me quedó demasiado claro lo que eso significa, pero entiendo que se refiere a ser un medio uniforme, son bultos donde los fotones de luz visible puedan colisionar. Y confirmando lo que pod ha escrito, la potencia se define normalmente (ahí venía algo de un vector de point-in o algo así que no he podido comprender). En fin y resumiendo, me han dicho que las colisiones no son la explicación para la velocidad de propagación en un medio material transparente. Ahora no sé qué pensar, pod dice una cosa y otra gente dice otra. ¿Cómo saldré de este dilema?

[Sartie]

Re: Duda : Fotones y cuantos

He buscado auxilio para entender y me han dicho que la luz visible tiene la longitud de onda comprendida entre 400 y 800 nanometros aproximadamente; y que para ese intervalo de longitud de onda un medio transparente se comporta como homogéneo y continuo frente a la radiación electromagnética, siendo por eso que no se puede explicar la menor velocidad de la luz en el agua que en el vacío diciendo que algunos fotones colisionan con partículas de los átomos y que eso da un retraso. Y que si a la salida del tubo hay menos energía por segundo que a la entrada se está disipando energía en el medio y estaría actuando como grifo disminuyendo la potencia y además en algo se manifestaría la energía absorbida por el medio. Pero que básicamente no se puede explicar por colisiones, pues la longitud de onda visible es muy grande para eso y el medio en ese caso se comporta como isótropo y homogéneo, que no me quedó demasiado claro lo que eso significa, pero entiendo que se refiere a ser un medio uniforme, son bultos donde los fotones de luz visible puedan colisionar. Y confirmando lo que pod ha escrito, la potencia se define normalmente (ahí venía algo de un vector de point-in o algo así que no he podido comprender). En fin y resumiendo, me han dicho que las colisiones no son la explicación para la velocidad de propagación en un medio material transparente. Ahora no sé qué pensar, pod dice una cosa y otra gente dice otra. ¿Cómo saldré de este dilema?

pues te han engañado jejejeje. Son exactamente las colisiones las que hacen que la velocidad de propagacion dismuniya, de echo no existe un material que sea completamente trasparente, bueno si, el vacio, el resto de materiales, me menor o mayor medida absorben y emiten luz. Lo que hace que un material nos parezca trasparente es simplemente el hecho de que para un gran numero de longitudes de onda del visible no existe un gap en el material, de modo que estos fotones no pueden excitar ningun estado electronico y por eso atraviesa el material sin problemas, pero esto no ocurre para todas las longitudes de onda del visible. Si te fijas bien, en cualquier material que llamamos trasparente siempre encuentras un reflejo.

Si quieres seguir la discusion te insto a que leas este post de este mismo foro:
http://forum.lawebdefisica.com/showthread.php?t=8296

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Re: Duda : Fotones y cuantos

He buscado auxilio para entender y me han dicho que la luz visible tiene la longitud de onda comprendida entre 400 y 800 nanometros aproximadamente; y que para ese intervalo de longitud de onda un medio transparente se comporta como homogéneo y continuo frente a la radiación electromagnética, siendo por eso que no se puede explicar la menor velocidad de la luz en el agua que en el vacío diciendo que algunos fotones colisionan con partículas de los átomos y que eso da un retraso. Y que si a la salida del tubo hay menos energía por segundo que a la entrada se está disipando energía en el medio y estaría actuando como grifo disminuyendo la potencia y además en algo se manifestaría la energía absorbida por el medio. Pero que básicamente no se puede explicar por colisiones, pues la longitud de onda visible es muy grande para eso y el medio en ese caso se comporta como isótropo y homogéneo, que no me quedó demasiado claro lo que eso significa, pero entiendo que se refiere a ser un medio uniforme, son bultos donde los fotones de luz visible puedan colisionar. Y confirmando lo que pod ha escrito, la potencia se define normalmente (ahí venía algo de un vector de point-in o algo así que no he podido comprender). En fin y resumiendo, me han dicho que las colisiones no son la explicación para la velocidad de propagación en un medio material transparente. Ahora no sé qué pensar, pod dice una cosa y otra gente dice otra. ¿Cómo saldré de este dilema?

Te estás liando con varios conceptos. Recuerda que la luz se puede entender de dos formas diferentes (pero duales): partículas (fotones) y ondas (electromagnéticas). Usamos una u otra descripción, pero no las dos a la vez.

En la descripción de fotones, la potencia viene dada por la cantidad de fotones que abandonan la fuente por unidad de tiempo. El retraso al pasar por un medio, se explica porque pierden tiempo "jugando" con los átomos. En un medio ideal, saldrían del medio los mismos fotones que entran, y por lo tanto la potencia sería la misma (sólo que tardaría un poco más en llegar). Pero no hay nada ideal, cuando los átomos absorben un fotón, algunas veces no vuelven a reemitir ese fotón, sino que devuelven la forma de otra forma (por ejemplo, en forma de "fonón", que al final contribuye en calentar el medio... todos sabemos que las cosas se calientan al sol, ¿verdad?).

En la descripción ondulatoria, todo es muy diferente (aunque dual). La potencia vienen dada por el vector de Poyting (era un tío que se llamaba así, John Henry Poyting; nada que ver con point-in). En esta descripción, lo que importa del medio son sus propiedades electromagnéticas, como se poraliza cuando el campo entra en él y todo eso.

En definitiva, hay dos formas correctas de explicarlo. Podemos usar una u otra, y hay "diccionarios" que permiten traducir las magnitudes de una descripción a las de la otra. Pero lo que no podemos hacer es mezclarlas y confundirnos con ellas.