Ondas electromagnéticas y su importancia

Iván Carrillo Díaz

IntroducciónEl electromagnetismo es la parte de la física encargada de estudiar al conjunto de fenómenos que resultan de las acciones mutuas entre las corrientes eléctricas y el magnetismo.

En 1820 Oersted descubrió que cuando circula corriente eléctrica por un cable conductor se forma inmediatamente un campo magnético alrededor de él. Poco tiempo después Ampere descubrió que el campo magnético podía intensificarse al enrollar el alambre conductor en forma de bobina. En 1831 Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina a la que se le acercaba y alejaba un imán recto. La corriente inducida era más intensa a medida que se movía más rápido el imán .

En la actualidad casi toda la energía consumida en nuestros hogares y en la industria se obtiene gracias al fenómeno de la inducción electromagnética

Una de las consecuencias más importante de la teoría de Maxwell es que predice la existencia de ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio a la rapidez de la luz.

El trabajo de Maxwell (1831-1879), al establecer las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de los campos, hasta ese momento, inconexos: eléctrico y magnético.

A nivel conceptual, Maxwell unificó los conceptos de luz y campos eléctrico y magnético, en lo que hoy conocemos como electromagnetismo, al desarrollar la idea de que la luz es una forma de radiación electromagnética.

Relación entre electricidad y magnetismo

Desde 1884 Hertz (1857-1894) pensó en la manera de generar y detectar en un laboratorio las ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho. Después de mucho trabajo y de experiencias sin éxito, en 1887 construyó un dispositivo con el que logró su fin. El experimento que realizó fue a la vez genial y sencillo.

Experimento de Hertz

¿Qué son las ondas electromagnéticas y cómo se generan?

Una onda electromagnética es generada por cargas eléctricas oscilantes, y está compuesta por campos eléctricos y magnéticos que oscilan en planos perpendiculares entre sí, y a su vez, ambos planos perpendiculares a la dirección de propagación, por lo que establecemos que las ondas electromagnéticas son de carácter transversal.

Propiedades de las ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas no requieren un medio material para propagarse.

Pueden atravesar el espacio desplazándose en el vacío a una velocidad aproximada de c = 300.000 km/s.

Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la interferencia.

Las longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas, son importantes para determinar su energía, su “visibilidad”, su poder de penetración y otras características

Los diversos tipos de ondas electromagnéticas involucran un amplio intervalo de frecuencias y longitudes de onda, y no hay una división clara entre un tipo de onda y el siguiente.

Este amplio rango se conoce como espectro electromagnético e involucra a todas las ondas producidas como resultante de la presencia de cargas eléctricas aceleradas.

Los nombres dados a los tipos de onda son sólo por conveniencia para describir la región del espectro en la cual se encuentran.

Espectro electromagnético

Espectro electromagnético en función de su longitud de onda

Espectro electromagnético

y sus fuentes

Espectro electromagnético según sus aplicaciones

Algunos comentarios sobre los diferentes tipos de radiación electromagnética

Las ondas de radio tienen características:

• Generadas fácilmente mediante corrientes en antenas del metal

• La comunicación radiofónica a larga distancia es posible gracias a la reflexión de las ondas de radio en la ionosfera.

AM = Amplitud modulada

FM = Frecuencia modulada

Ondas de Radio

Microondas

Foto del río Amazonas usando microondas.

Radiación cósmica de fondo en la región de microondas, reflejada en la tierra

Las microondas no son obstruidas por las nubes, la niebla u otra partícula más pequeña que las longitudes de onda de la microonda (~ 1 centímetro).

Radiación Infrarroja

Todos los objetos alrededor de nosotros emiten la radiación IR.

Objetos más calientes emiten la mayor cantidad de IR.

Foto IR de una persona

Foto IR del polvo sistema Solar

Longitud de onda: 1 μm – 1000 μm

Luz Visible

El ojo humano esta tiene la capacidad de detectar una parte del espectro electromagnético, longitudes de onda de 380 nm (violeta) hasta los 780 nm (rojo).

Los colores del espectro se ordenan como en el arco iris

La luz blanca esta compuesta de luz de todos los colores

Luz Ultravioleta

La luz ultravioleta tiene justo la a energía para romper enlaces moleculares. Es por esta razón que es perjudicial a la vida. La tierra tiene un protector natural a la luz UV solar bajo la forma de capa de ozono (80 kilómetros sobre la superficie).

Algunos pájaros y abejas pueden ver tanto la luz UV como la luz

visible

El 10% de la luz solar es UV

Rayos X

Los rayos X fueron descubiertas 1895 por el Roentgen de Wilhelm Conrado (científico alemán) por accidente. Él tomó una semana después esta radiografía de su esposa.

Una porción del mapa de rayos gama de la galaxia. Los puntos amarillos corresponden a espacios conocidas de la galaxia con fuentes brillantes de rayos gama, mientras que las áreas azules indican regiones de bajas emisiones

Las armas nucleares son fuentes de rayos gama entre otros tipos de radiación (alfa, betas, gama y X)

Rayos Gama

Aplicaciones

Referencias

Las ondas electromagnéticas. Capítulo 31.

Halliday y Resnick. Física. Parte 2 Ondas electromagnéticas.

Alonso Finn. Física. Tomo III