Contenido:

– Radiación de las ondas electromagnéticas (I)– Radiación de las ondas electromagnéticas (II)– Espectro electromagnético– Corriente alterna, sonidos audibles y ondas de radio– Rayos infrarrojos (IR), luz visible y rayos ultravioletas (UV)– Rayos X, rayos gamma y rayos cósmicos– Valores aproximados del espectro electromagnético

RADIACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (I)La oscilación o la aceleración de una carga eléctrica cualquiera genera un fenómeno físico integrado por componentes eléctricos y magnéticos, conocido como espectro de radiación de ondas electromagnéticas.

Espectro completo de las radiaciones de ondas electromagnéticas.

Ese espectro se puede ordenar a partir de ondas que poseen frecuencias muy bajas de pocos hertz (Hz) o ciclos por segundo con longitudes muy largas, como las de la frecuencia de la corriente alterna que empleamos en nuestras casas, hasta llegar a ondas de frecuencias muy altas, de miles de millones de hertz o ciclos por segundo con longitudes extremadamente cortas, como las que poseen las radiaciones cósmicas.

La única diferencia existente entre un grupo de ondas y otras dentro del espectro electromagnético es su frecuencia en hertz (Hz), su longitud en metros (m) y el nivel de energía que transmiten en joule (J).

Características principales de las ondas electromagnéticas

Las tres características principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnético son:

Frecuencia ( f ) Longitud (   ) Amplitud ( A )

Frecuencia

La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puede observar en la siguiente ilustración:

A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por segundo. B.- Onda senoidal de 10 ciclos o hertz por segundo.

La frecuencia de esas ondas del espectro electromagnético se representan con la letra ( f ) y su unidad de medida es el ciclo o hertz (Hz) por segundo. 

RADIACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (II)Longitud de onda Las ondas del espectro electromagnético se propagan por el espacio de forma similar a como lo hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partir del punto donde cae la piedra y extendiéndose hasta la orilla.

Cuando tiramos una piedra en un estanque  de  agua, se  generan  ondas  similares  a  las  radiaciones. propias del espectro electromagnético.

Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. La distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o también el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de la onda electromagnética, medida en múltiplos o submúltiplos del metro (m), constituye lo que se denomina “longitud de onda”.

P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del espectro. electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0".

V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal del espectro. electromagnético, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”. . El valor de los valles. aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece negativamente por. debajo del valor "0".

T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles por un mismo. punto.

N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.

La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa por medio de la letra griega lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula matemática:

De donde:

  = Longitud de onda en metros.c = Velocidad de la luz en el vacío (300 000 km/seg).f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).

Por ejemplo, si deseamos conocer en qué banda en metros de la onda corta (OC) transmite una emisora de radio que se capta en los 7.1 MHz de frecuencia en el dial, procedemos de la siguiente forma:

1. La velocidad de la luz (300 000 km/seg) la convertimos en m/seg, para poder obtener el resultado final en metros. Esa operación la realizamos de la siguiente forma, teniendo en cuenta que 1 km es igual a 1 000 metros:

300 000 km/seg x 1 000 m = 300 000 000 metros/seg

2. A continuación los 7,1 megahertz los convertimos en hertz (Hz), que es la unidad de medida correspondiente a la frecuencia, teniendo en cuenta que 1 MHz es igual a 106 Hz, o sea, 1 000 000 Hz: 7,1 MHz x 106 = 7,1 x 1 000 000 = 7 100 000 Hz (ó 7 100 000 ciclos por segundo)

3. Con el resultado de esas dos conversiones sustituimos sus correspondientes valores en la fórmula anteriormente expuesta y tendremos:

Por tanto, la longitud de onda de la señal de 7,1 MHz será de 42,2 metros por ciclo o hertz de frecuencia. Esa longitud se corresponde con la gama de ondas cortas de radio (OC) o (MW) que responden al rango correspondiente de la banda de más de 41 metros en el dial de un radiorreceptor.

Amplitud de ondaLa amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar, se conoce como “nodo” o “cero”.

Propiedades de las ondas electromagnéticasPara su propagación, las ondas electromagnéticas no requieren de un medio material específico, pues pueden viajar incluso por el espacio extraterrestre. 

Las ondas electromagnéticas, como se mencionó anteriormente, se propagan por el vacío a la velocidad de la luz (300 000 km/seg aproximadamente), hasta que su energía se agota. A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la onda también aumenta.

Este tipo de ondas presenta las mismas propiedades físicas inherentes al movimiento ondulatorio.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOEl espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia correspondiente de las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia un extremo del espectro se agrupan las ondas más largas, como las correspondientes a frecuencias de sonidos que puede percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo se agrupan las ondas extremadamente más cortas, pero con mayor energía y mayor frecuencia en hertz, como las pertenecientes a las radiaciones gamma y los rayos cósmicos.

En la siguiente ilustración se puede observar la distribución de las ondas dentro del espectro electromagnético.

A.- Frecuencia de la corriente eléctrica alterna industrial y doméstica. B.- Frecuencias audibles por el. oído humano. C.- Espectro radioeléctrico (incluye las microondas). D.- Rayos infrarrojos. E.- Espectro de. luz visible por el ojo humano. F.- Rayos ultravioletas. G.- Rayos-X. H.- Rayos Gamma. I.- Rayos. cósmicos.

CORRIENTE ALTERNA, SONIDOS AUDIBLES Y ONDAS DE RADIOFrecuencia de la corriente eléctrica alterna para uso industrial y doméstico Lo que conocemos como corriente alterna (CA) corresponde a la frecuencia que normalmente generan los alternadores o generadores de las centrales termoeléctricas, hidroeléctricas y atomoeléctricas que suministran la corriente para uso industrial, general y doméstico. Generalmente la frecuencia de esa corriente es de 50 Hz o ciclos por segundo en Europa y de 60 en América.

Sección del espectro de frecuencias y longitudes de ondas correspondientes, en primer lugar, a la corriente alterna que empleamos en la industria y en nuestros hogares correspondiente al grupo ELF (Extremely Low Frequency – Frecuencia extremadamente baja), como las de 50 ó 60 ciclos por segundo o hertz (Hz) , según el país de que se trate. Dentro de esta sección del espectro también aparecen las frecuencias audibles por el oído humano (entre 20 ciclos y 20 mil ciclos por segundo o hertz ), incluyendo también las audibles por algunos animales, como el perro, que superan los 20 mil ciclos por segundo, y que se encuentran comprendidas dentro

del grupo VLF (Very Low Frequency – Frecuencia muy baja).

Frecuencias audibles por el oído humano

Son frecuencias inherentes a los sonidos que pueden detectar nuestro sentido del oído. Su espectro abarca desde los 20 Hz para los sonidos más graves, hasta los 20 kHz de frecuencia para los sonidos más agudos.

Espectro radioeléctrico

Sección de frecuencias y longitudes de ondas del espectro. radioeléctrico, correspondientes a radio, televisión, telefonía. inalámbrica, microondas, radar, etc.

El espectro radioeléctrico abarca una amplia gama  de  frecuencias  de  radio  que  cubren  desde  los. 1,53 · 103 Hz (153 kHz) a los 3,0 · 1011 Hz (300 GHz) aproximadamente. Dentro de ese espectro se incluyen las ondas que permiten la transmisión de señales de radio de amplitud modulada (AM) y frecuencia modulada (FM), incluyendo televisión, teléfono inalámbrico, teléfono móvil o celular, GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamiento Global), controles para gobierno de equipos remotos, hornos microondas, radar, etc.

RAYOS INFRARROJOS (IR), LUZ VISIBLE Y RAYOS ULTRAVILETAS (UV)

Sección del espectro electromagnético correspondiente  a  los  rayos  infrarrojos  (IR),  los  rayos  de  luz. visible por el ojo humano y los rayos ultravioleta (UV).

Rayos infrarrojos (IR)

Los rayos infrarrojos abarcan aproximadamente desde los 3,0 x 1011 Hz (300 GHz) hasta los 3,8 x 1014Hz (380 THz). Cualquier  molécula,  cuya  temperatura  sea  superior  a  0º Kelvin  ( cero  absoluto,  equivalente  a – 273º C ), emite rayos infrarrojos. Esa emisión se incrementa a medida que las moléculas que integran un cuerpo cualquiera adquieren mayor temperatura.

En una foto de la Tierra tomada desde un satélite empleando para ello tecnología de rayos infrarrojos, se pueden diferenciar zonas de diferentes colores. Por medio de esos colores los metereólogos pueden conocer la temperatura ambiente existente en esos momentos en cada zona específica de la zona geográfica fotografiada.

Los rayos infrarrojos de baja potencia se utilizan para accionar diferentes dispositivos de control remoto como, por ejemplo, el mando de los televisores, intercomunicación entre equipos y dispositivos informáticos (ordenadores o PC y sus periféricos), visión nocturna, fotografía nocturna, etc., mientras que los de alta potencia se emplean para generar calor.

El descubrimiento de los rayos infrarrojos data del año 1800 y lo realizó el astrónomo de origen alemán William Herschel.

Mando a distancia de un televisor. El emisor de rayos infrarrojos que posee nos permite cambiar los canales y realizar ajustes.

Espectro de luz visible

La radiación de la luz visible es la que nos permite ver los objetos del mundo material que nos rodea. Se localiza aproximadamente entre 3,8 x 1014 Hz (380 THz), correspondiente a la frecuencia del color violeta y los 7,5 x 1014 Hz (75 THz) pertenecientes a la frecuencia del color rojo. Esta es la única parte del espectro electromagnético visible para el ojo humano.

El Sol es la principal fuente de luz visible natural que poseemos. Otras fuentes de luz visible, pero en este caso artificial son, por ejemplo, la gran variedad de lámparas de diferentes tecnologías que utilizamos para alumbrarnos de noche.

El Sol es la principal fuente natural de luz visible que posee el hombre.

  De acuerdo con la Teoría de la Relatividad, descubierta por el físico alemán, naturalizado estadounidense, Albert Einstein, las ondas de luz se mueven en el vacío a una velocidad de 299 792 458 metros por segundo (± 1 m/s), aunque generalmente se toma el valor aproximado de 300 000 000 m/s.

Rayos ultravioleta (UV)

Los rayos ultravioleta se encuentran  situados  aproximadamente  en  la  franja  comprendida  entre  los 7,5 x 1014 Hz (75 THz) y los 3,0 x 1016 Hz (30 PHz) de frecuencia del espectro electromagnético. Entre los componentes de los rayos de luz blanca visible del Sol que llegan a la Tierra, se reciben también rayos UV-A (ultravioleta-A) y UV-B (ultravioleta-B).

La mayor parte de los rayos de Sol que recibe la Tierra, así como los que proporcionan las lámparas que emiten esos rayos, son del tipo UV-A, por lo que tomarlos en exceso puede conllevar a la aparición de cáncer en la piel, mientras que por otro lado son esos propios rayos, tomados con moderación, los que favorecen la creación de vitamina “D” en la propia piel.

No obstante la capa de ozono que cubre la Tierra actúa como filtro natural para amortiguar, en gran medida, esas radiaciones, con el fin de que nos lleguen más debilitadas.

RAYOS X, RAYOS GAMMA Y RAYOS CÓSMICOS

Frecuencias  y  longitudes  de  onda  correspondientes  a  los  Rayos X,  Rayos  Gamma  ( )  y  Rayos.. Cósmicos del espectro electromagnético.

Rayos-X

Las radiaciones de Rayos-X abarcan desde los 3,0 x 1016 (30 PHz), hasta los 3,0 x 1019 Hz (30 EHz) de frecuencia dentro del espectro electromagnético. Las radiaciones de esos rayos son invisibles para el ojo humano, pero pueden atravesar diferentes tipos objetos, incluyendo el cuerpo humano. Sin embargo, las planchas de plomo no son atravesadas por los Rayos-X, por lo que se emplea normalmente ese metal para proteger al hombre cuando trabaja con aparatos que emiten este tipo de radiaciones.

Los Rayos-X, descubiertos a finales del siglo 18 por el físico alemán Wilhelm Röntgen, se emplean fundamentalmente para obtener radiografías de apoyo al diagnóstico médico, así como en investigaciones metalúrgicas, científicas y en el análisis de obras de arte.

Radiografía obtenida por Rayos-X.

Rayos gamma

Las radiaciones gamma se originan generalmente a partir del núcleo excitado de un átomo radioactivo y abarcan desde los 3,0 x 1019Hz (30 EHz) hasta los 3,0 x 1022 Hz (30 ZHz). En ciertas ocasiones, después que un núcleo radioactivo emite partículas

alfa ( ), e incluso también beta ( ), conserva todavía energía, que libera en forma de ondas electromagnéticas conocidas como rayos gamma ( ).

En la ilustración se muestra la señalización empleada para indicar el riesgo de contaminación por rayos gamma en determinadas zonas  como,  por  ejemplo,. las destinadas a la práctica de medicina nuclear en los hospitales.

Esas radiaciones de frecuencias extremadamente elevadas, liberan una alta energía que puede resultar muy peligrosa y perjudicial para los seres vivos, aunque bien administradas sirven para aplicarlas en el tratamiento de algunos tipos de cáncer, así como para la esterilización del instrumental médico y los alimentos.

Las radiaciones gamma sólo se pueden detener utilizando gruesas paredes de hormigón, revestimiento de planchas de plomo, o empleando grandes cantidades de agua.

Rayos cósmicos

Los rayos cósmicos proceden del espacio profundo y su frecuencia supera los 3,0 x 1022 Hz (30 ZHz). Esos rayos se componen de ondas cósmicas de la más elevada frecuencia y una alta carga de energía que llegan, incluso, hasta la superficie terrestre. Su efecto resulta mortal si alguien se expone directamente a las mismas en el espacio cósmico sin la debida protección de una escafandra, como las utilizadas por los cosmonautas. Sin embargo, a los habitantes de la Tierra no les llega a afectar de forma directa gracias a la protección natural que proporciona la capa de ozono.

Foto del espacio profundo. NASA

VALORES APROXIMADOS DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Espectro electromagnéticoFrecuencia en hertz

(Hz)Longitud de onda en

metros (m)Energía en Jules (J)

  Sonidos audibles2,0 · 102 – 2,0 · 103 1,0 · 107 – 1,0 · 105         - - -

  Ondas de radio de amplitud modulada (AM):

  Frecuencia Muy Baja 1,5 · 103 – 3,0 · 104 1,0 · 105 – 1,0 · 104 < 1,9 · 10-29

  Onda Larga (OL o LW*) 3,0 · 104 – 6,5 · 105 1,0 · 104 – 6,5 · 102 > 1,9 · 10-29

  Onda Media (OM o MW*) 6,5 · 105 – 1,7 · 106 6,5 · 102 – 1,8 · 102 > 4,3 · 10-28

  Onda Corta (OC o SW*) 1,7 · 106 – 3,0 · 107 1,8 · 102 – 1,0 · 101 > 1,1 · 10-27

  Ondas de radio de frecuencia modulada (FM) y de televisión:

  VHF* Frecuencia Muy Alta 3,0 · 107 – 3,0 · 108 1,0 · 101 – 1,0 · 100 > 2,0 · 10-26

  UHF* Frecuencia Ultra Alta 3,0 · 108 – 3,0 · 109 1,0 · 100 – 3,0 · 10-2 > 1,9 · 10-25

  Microondas (microwaves) 3,0 · 109 – 3,0 · 1011 3,0 · 10-2 – 1,0 · 10-3 > 1,9 · 10-24

  Rayos infrarrojos (IR):

  Lejanos 3,0 · 1011 – 6,0 · 1012 1,0 · 10-3 – 5,0 · 10-6 > 2,0 · 10-22

  Medios 6,0 · 1012 – 1,2 · 1014 5,0 · 10-6 – 2,5 · 10-6 > 3,9 · 10-21

  Cercanos 1,2 · 1014 – 3,8 · 1014 2,5 · 10-6 – 7,8 · 10-9 > 7,9 · 10-20

  Luz visible3,8 · 1014 – 7,8 · 1014 7,5 · 10-9 – 3,8 · 10-9 > 2,5 · 10-19

  Rayos ultravioleta (UV):

  Cercanos 7,8 · 1014 – 1,5 · 1015 3,8 · 10-9 – 2,0 · 10-9 > 5,0 · 10-19

  Extremos 1,5 · 1015 – 3,0 · 1016 2,0 · 10-9 – 1,0 · 10-9 > 9,9 · 10-19

  Rayos X3,0 · 1016 – 3,0 · 1020 1,0 · 10-9 – 1,0 · 10-12 > 1,9 · 10-17

3,0 · 1020 – 3,0 · 1022 1,0 · 10-12 – 1,0 · 10-14 > 1,9 · 10-14

  Rayos Gamma

  Rayos Cósmicos> 3,0 · 1022         < 1,0 · 10-14       - - -

  * SIGLAS EN INGLÉS - ESPAÑOL:LW - OL (Long Wave – Onda Larga)MW - OM  (Medium Wave – Onda Media)SW - OC (Short Wave – Onda Corta)VHF (Very High Frecuency – Frecuencia Muy Alta )UHF (Ultra High Frecuency –  Frecuencia Ultra Alta)

Múltiplos del Hz (hertz) en orden ascendente, en el Sistema Internacional de Medidas (S.I.)

  Hz (hertz)   Unidad de medida   kHz (kilohertz)   103    hertz = 1 000 hertz

  MHz (megahertz)   106    hertz = 1 000 000 hertz

  GHz (gigahertz)   109    hertz = 1 000 000 000 hertz

  THz (terahertz)   1012  hertz = 1 000 000 000 000 hertz

  PHz (petahertz)   1015  hertz = 1 000 000 000 000 000 hertz

  EHz (exahertz)   1018  hertz = 1 000 000 000 000 000 000 hertz

  ZHz (zettahertz)   1021  hertz = 1 000 000 000 000 000 000 000 hertz

  YHz (yottahertz)   1024  hertz = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 hertz

NOTA.- En lugar de kilohertz  (kHz)  y  megahertz  (MHz),  algunas  veces  se  emplean  los  términos. equivalentes de kilociclos para el primero y megaciclos para el segundo.

El desarrollo de la teoría de las ondas electromagnéticas se debe al estudio realizado alrededor de los años 1860 por el físico inglés James Clerk Maxwell. Este científico realizó un análisis matemático de la teoría de los campos electromagnéticos y llegó a la conclusión que la luz visible estaba formada también por ondas electromagnéticas.