La radiación electromagnética EM es una forma de energía que nos rodea y adopta muchas formas, como ondas de radio, microondas, rayos X y rayos gamma. La luz solar también es una forma de energía EM, pero la luz visible es solouna pequeña porción del espectro EM, que contiene una amplia gama de longitudes de onda electromagnéticas.
teoría electromagnética
Alguna vez se pensó que la electricidad y el magnetismo eran fuerzas separadas. Sin embargo, en 1873, el físico escocés James Clerk Maxwell desarrolló una teoría unificada del electromagnetismo. El estudio del electromagnetismo se ocupa de cómo las partículas cargadas eléctricamente interactúan entre sí y con los campos magnéticos.
Hay cuatro interacciones electromagnéticas principales :
- La fuerza de atracción o repulsión entre cargas eléctricas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
- Los polos magnéticos vienen en pares que se atraen y repelen entre sí, al igual que lo hacen las cargas eléctricas.
- Una corriente eléctrica en un cable produce un campo magnético cuya dirección depende de la dirección de la corriente.
- Un campo eléctrico en movimiento produce un campo magnético y viceversa.
Maxwell también desarrolló un conjunto de fórmulas, llamadas ecuaciones de Maxwell, para describir estos fenómenos.
Olas y campos
La radiación EM se crea cuando una partícula atómica, como un electrón, es acelerada por un campo eléctrico, lo que hace que se mueva. El movimiento produce campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que viajan en ángulos rectos entre sí en un haz de luzenergía llamada fotón. Los fotones viajan en ondas armónicas a la velocidad más rápida posible en el universo: 186,282 millas por segundo 299,792,458 metros por segundo en el vacío, también conocido como la velocidad de la luz. Las ondas tienen ciertas características, dadas como frecuencia, longitud de onda o energía.
Una longitud de onda es la distancia entre dos picos consecutivos de una onda. Esta distancia se da en metros m o fracciones de los mismos. La frecuencia es el número de ondas que se forman en un período de tiempo determinado. Por lo general, se mide como el númerode ciclos de onda por segundo, o hercios Hz. Una longitud de onda corta significa que la frecuencia será mayor porque un ciclo puede pasar en un período de tiempo más corto, según Universidad de Wisconsin . De manera similar, una longitud de onda más larga tiene una frecuencia más baja porque cada ciclo tarda más en completarse.
El espectro EM
La radiación EM abarca un rango enorme de longitudes de onda y frecuencias. Este rango se conoce como espectro electromagnético. El espectro EM se divide generalmente en siete regiones, en orden de longitud de onda decreciente y energía y frecuencia crecientes. Las denominaciones comunes son: ondas de radio, microondas, infrarrojos IR, luz visible, ultravioleta UV, rayos X y rayos gamma. Por lo general, la radiación de menor energía, como las ondas de radio, se expresa como frecuencia; las microondas, infrarrojos, luz visible y UV suelenexpresada como longitud de onda; y la radiación de mayor energía, como los rayos X y los rayos gamma, se expresa en términos de energía por fotón.
ondas de radio
Las ondas de radio se encuentran en el rango más bajo del espectro EM, con frecuencias de hasta aproximadamente 30 mil millones de hercios o 30 gigahercios GHz y longitudes de onda superiores a aproximadamente 10 milímetros 0,4 pulgadas. La radio se utiliza principalmente para comunicaciones que incluyenmedios de voz, datos y entretenimiento.
microondas
Las microondas se encuentran en el rango del espectro EM entre radio e IR. Tienen frecuencias desde aproximadamente 3 GHz hasta aproximadamente 30 billones de hercios, o 30 terahercios THz, y longitudes de onda de aproximadamente 10 mm 0,4 pulgadas a 100 micrómetros.μm, o 0,004 pulgadas. Las microondas se utilizan para comunicaciones de gran ancho de banda, radar y como fuente de calor para hornos microondas y aplicaciones industriales.
infrarrojos
El infrarrojo está en el rango del espectro EM entre las microondas y la luz visible. El IR tiene frecuencias desde aproximadamente 30 THz hasta aproximadamente 400 THz y longitudes de onda de aproximadamente 100 μm 0,004 pulgadas a 740 nanómetros nm, o 0,00003 pulgadas.La luz IR es invisible para los ojos humanos, pero podemos sentirla como calor si la intensidad es suficiente.
luz visible
La luz visible se encuentra en el medio del espectro EM, entre IR y UV. Tiene frecuencias de aproximadamente 400 THz a 800 THz y longitudes de onda de aproximadamente 740 nm 0,00003 pulgadas a 380 nm 0,000015 pulgadas. Más generalmente, la luz visible se define como las longitudes de onda que son visibles para la mayoría de los ojos humanos.
ultravioleta
La luz ultravioleta está en el rango del espectro EM entre la luz visible y los rayos X. Tiene frecuencias de aproximadamente 8 × 10 14 hasta 3 × 10 16 Hz y longitudes de onda de aproximadamente 380 nm .000015 pulgadas a aproximadamente 10 nm 0.0000004 pulgadas. La luz ultravioleta es un componente de la luz solar; sin embargo, es invisible para el ojo humano. Tiene numerosas aplicaciones médicas e industriales, peropuede dañar los tejidos vivos.
rayos X
rayos X se clasifican aproximadamente en dos tipos: rayos X suaves y rayos X duros. Los rayos X suaves comprenden el rango del espectro EM entre rayos UV y gamma. Los rayos X suaves tienen frecuencias de aproximadamente 3 × 10 16 hasta aproximadamente 10 18 Hz y longitudes de onda de aproximadamente 10 nm 4 × 10 −7 pulgadas a aproximadamente 100 picómetros pm, o 4 × 10 −8 pulgadas. Los rayos X duros ocupan la misma región del espectro EM que los rayos gamma. La única diferencia entre ellos es su fuente: los rayos X son producidos por electrones acelerados, mientras que los rayos gamma son producidos por núcleos atómicos.
rayos gamma
Los rayos gamma están en el rango del espectro por encima de los rayos X suaves. Los rayos gamma tienen frecuencias superiores a aproximadamente 10 18 Hz y longitudes de onda de menos de 100 pm 4 × 10 −9 pulgadas.La radiación gamma daña los tejidos vivos, lo que la hace útil para matar las células cancerosas cuando se aplica en dosis cuidadosamente medidas en regiones pequeñas.Sin embargo, la exposición incontrolada es extremadamente peligrosa para los humanos.