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Radiaciones electromagnéticas

José Alberto Villalobos, Universidad de Costa Rica

Edición digital: Alejandra León Castellá, CIENTEC

Un modelo aceptable para las radiaciones electromagnéticas las considera como diminutos paquetes de energía (fotones) que son emitidos por las fuentes. Estos paquetes viajan en el vacío a 300.000 km/s y no tienen masa en reposo. Sin embargo, los fotones poseen ímpetu (cantidad de movimiento) y energía.

Características de las ondas transversales.
Cuando se propagan comparten las mismas características de las ondas transversales. Entonces, se reflejan en superficies apropiadas y cuando pasan de un medio a otro se refractan. Además, experimentan los fenómenos de interferencia y de difracción y se pueden polarizar.

Enlaces recomendados: Experimento de refracciónDualidad Onda Partícula

El espectro electromagnético
De mayor a menor energía transportada por el fotón, las radiaciones electromagnéticas se clasifican en siete ámbitos o regiones:

  • Gamma: los que transportan más energía, emitidos por núcleos atómicos.
  • Rayos X: emitidos por electrones de los átomos, los usamos para hacer radiografías.
  • Ultravioleta: aún muy energéticos, capaces de producir cáncer en la piel.
  • Visible: de energía intermedia, capaces de estimular el ojo humano.
  • Infrarrojo: responsables de bronceado de la piel y de la sensación de calor.
  • Microonda: usados en el radar, telecomunicaciones y para calentar los alimentos?
  • Radio: los de menor energía, las usamos en las transmisiones de radio y televisión.

    De todos los siete componentes del espectro electromagnético, solamente los fotones del visible tienen la capacidad de estimular las células de la visión (conos y bastones) que tenemos en el fondo de la retina. Los otros seis componentes también nos afectan, no solo en los ojos, sino en otros órganos del cuerpo y podrían ser muy perjudiciales, si nos exponemos en exceso. Pero no pueden ser detectados y discriminados por la retina y, entonces, no los vemos.

Enlace recomendado: Animación del espectro electromagnético ¿puede salir la radiación del microondas? Caosyciencia.com

Rayos gamma

Los rayos gamma poseen la menor longitud de onda de todas las radiaciones electromagnéticas, y por consiguiente la mayor frecuencia y energía.

Longitud de onda. Los átomos de elementos radiactivos pueden producir rayos gamma. En los laboratorios de física nuclear y en algunos hospitales, se mantienen muestras apropiadamente confinadas de estos elementos, para utilizar sus emisiones gamma, debidamente controladas, en la irradiación de tejidos para tratamientos contra el cáncer, por ejemplo.

En 1898 Marie Curie descubrió el elemento radio, un poderoso emisor de radiación gamma.

En las estrellas más calientes, en explosiones de supernova, en estrellas de neutrones, en pulsares, cuásares y agujeros negros también se producen rayos gamma. Los telescopios de rayos gamma, que se han puesto en satélites artificiales en órbita alrededor de la Tierra, han permitido a la astronomía estudie lo que sucede en este tipo de objetos espaciales.

Enlaces recomendados: Observatorio Compton de rayos gamma, Observatorio Chandra de rayos x y De la Física Nuclear y de partículas a la medicina: un poco de historia. José María Benlloch, CSIC-Universitat de Valencia.

Rayos equis y rayos gamma

Para hacer radiografías y curar el cáncer.

Los rayos equis y los rayos gamma son fotones que comparten la mayoría de sus propiedades y características con la luz visible, infrarroja y ultravioleta, microondas y ondas de radio.

Todos los tipos de radiación electromagnética se producen cuando un átomo o una molécula pasa de un estado a otro, cuyo nivel de energía es inferior. La diferencia de energía entre esos dos estados se emite en forma de radiación.

La longitud de onda de los rayos X, está en el ámbito entre una cien millonésima de metro y un valor mil veces menor. Es mucho menor que la longitud de onda de los rayos ultravioleta. Por consiguiente, los rayos X poseen mayor frecuencia y energía, lo que les permite atravesar cierto espesor de materia, como los tejidos de los seres vivos, para hacer radiografías, por ejemplo. Además, los rayos X pueden usarse para analizar la superficie de objetos y también para investigar la estructura interna de algunas sustancias.

El físico alemán Wilhelm Roentgen (1845 – 1923) fue la primera persona que observó y documentó los rayos x, el 8 de noviembre de 1895.

En su mayoría, los rayos X son producidos al bombardear una placa de metal con electrones, lanzados contra ella a gran velocidad. Entre las fuentes naturales de raxo X están los agujeros negros, estrellas de neutrones, estrellas como el Sol y algunos cometas. Los telescopios que observan los rayos X están fuera de la atmósfera, porque estos rayos no penetran la densa atmósfera terrestre.

Enlaces recomendados: Marie Curie y su hija adolescente, Irene, lideran la campaña de radiación de los heridos de la Primera Guerra Mundial.

Ultravioleta

La radiación ultravioleta comprende fotones cuya longitud de onda va de los 380 nanómetros a los 10 nanómetros.

Algunas especies de animales, como pájaros, reptiles e insectos pueden percibir y discriminar la luz ultravioleta. Las abejas la utilizan para encontrar el néctar de las flores con que se alimentan.

El Sol, además de emitir radiación visible e infrarroja, también emite radiación ultravioleta. La atmósfera de la Tierra, principalmente la capa de ozono, filtra una buena parte de los fotones ultravioletas más energéticos, al ser utilizados precisamente en la formación del ozono.

Se ha reconocido un efecto positivo de la luz ultravioleta del Sol en la producción de vitamina D en la piel. Sin embargo, son más conocidos sus efectos perjudiciales, por ejemplo el acelerar el envejecimiento de la piel y si nos sobreexponemos podríamos sufrir un cáncer de piel.

La mejor protección contra el ultravioleta es por medio de la ropa apropiada y con bloqueadores solares de alto número.

Los ojos deben ser protegidos del exceso de radiación ultravioleta con anteojos y filtros apropiados y evitando la exposición innecesaria, por ejemplo, al trabajar con soldadura eléctrica, o al observar directamente el Sol.

Enlace recomendado: ¿Cómo me protejo de los rayos UV?

Espectro visible

En orden decreciente de energía, los fotones que pueden ser detectados por los conos y bastones de la retina, se clasifican en seis ámbitos de colores. Normalmente se tabulan en términos de la longitud de onda, una propiedad de los fotones que comparten con las ondas. Las longitudes de onda en este ámbito del espectro visible se expresan en nanómetros (nm). Un nanómetro es la distancia que resulta al dividir 1 milímetro entre 1 millón.

Ámbito de color Ámbito de longitud de onda
Espectro visible
Violeta [390 nm , 455 nm[
Azul [455 nm , 492 nm[
Verde [492 nm , 577 nm[
Amarillo [577 nm , 597 nm[
Anaranjado [597 nm , 620 nm[
Rojo [620 nm , 780 nm]

El color que le vemos a un objeto (digamos anaranjado) es tanto una sensación fisiológica y psicológica, y corresponde a un estímulo físico producido por un ámbito de fotones (para anaranjado entre 597 y 620 nm).

Si vemos entonces una flor anaranjada esto significa que sus pétalos reflejan preferentemente ese ámbito de colores, o una combinación de otros, que el ojo y el cerebro interpretan como anaranjado. Distintos observadores aprecian colores ligeramente diferentes a un mismo objeto.

El color blanco es una combinación de todos los colores básicos del visible, en la misma proporción que la produce la luz del Sol.

Los bombillos incandescentes y los tubos fluorescentes, casi reproducen el espectro de la luz solar, pero tienen una tonalidad un poco más rojiza o verdosa, respectivamente.

Se dice que un objeto es de color negro, si la materia de la cual está hecho no refleja ninguno de los componentes del espectro visible, los absorbe todos.

Enlaces recomendados: Los colores en pigmentos y en la luzNaturaleza de vestido azul. Los colores de los pájaros, y en particular los de plumaje iridiscente, son consecuencia de la evolución y la selección de complejas estructuras adaptativas. Lydia Rivaud y Julia Tagüeña. Revista ¿Cómo ves? UNAM.

Infrarrojo

La radiación infrarroja comprende fotones cuya longitud de onda va de los 700 nanómetros (siete diezmilésimas de milímetro) hasta 1 milímetro.

La superficie de planetas como Mercurio, Venus, Tierra y Marte absorben la radiación visible proveniente del Sol y posteriormente la reemiten pero en el infrarrojo.

En la Tierra y en Venus, los gases de la atmósfera, como vapor de agua y dióxido de carbono, absorben esta componente infrarroja y la reirradian en todas direcciones. En la Tierra provocan un efecto invernadero moderado, en Venus uno aumentado, que causa la alta temperatura global de ese planeta.

Nuestra piel tiene terminaciones nerviosas sensibles al infrarrojo. Son las que nos permiten experimentar el calor del Sol, de los caloríferos de la cocina o de un incendio. Todos los cuerpos que nos rodean, pero especialmente los que tienen una alta temperatura emiten radiación en forma de ondas infrarrojas.

El infrarrojo se usa mucho para comunicación cercana entre equipos periféricos de una computadora y en los sistemas de control remoto de cámaras y televisores.También se usa en equipos de visión nocturna, que forman en una pantalla las imágenes de objetos en función de su temperatura.

La fotografía infrarroja tiene especial aplicación tanto en Meteorología como en Astronomía, debido a su capacidad de distinguir objetos (nubes, nebulosas y galaxias) de acuerdo con su temperatura.

Enlace recomendado: Experimento de Herschel en la banda infrarroja. IPAC - NASA.

Microondas y radio

Las ondas electromagnéticas de menor frecuencia y energía.

Al igual que los otros componentes del espectro electromagnético, las microondas y las ondas de radio se producen tanto en fuente naturales (estrellas y galaxias, nebulosas de gas y polo, cometas y planetas) como artificiales (hornos de microondas, radar; radioemisoras, televisoras). Esto se debe a que las ondas electromagnéticas se producen por la vibración de cargas eléctricas, en la naturaleza, o en la antena de un equipo de transmisión.

AM y FM.  AM se transmite en frecuencias medias (300 a 3000 kilohertzios),
FM usa frecuencias muya altas (30 a 300 mega hertzios).

Radar.  El radar envía microondas y recibe sus ecos para conocer la posición de objetos.

Microondas

El tamaño de una onda de microondas va desde uno 0,3 cm a unos 30 cm. Las más pequeñas se usan en el radar (radio detection and ranging), mientras que las más grandes son las que producen los hornos de microonda para calentar alimentos.

Los aparatos que se utilizan como sensores remotos, por ejemplo los radares que apoyan las predicciones meteorológicas, usan microondas porque éstas pueden penetrar condiciones atmosféricas de neblina, llovizna, nubes y nieve. También penetran la atmósfera de la Tierra, de Marte y de Venus, por lo que se utilizan en sondas o transbordadores espaciales en la exploración de estos planetas.

Las antenas de microonda puedes transmitir y recibir información, por ejemplo, llamadas telefónicas y datos de computadora.

Enlace recomendado: Horno microondas: por qué no se debe meter al gato. Daniel Sebastián de Erice, Caosyciencia.

Ondas de radio

Las ondas de radio tienen un tamaño que va desde los 3 metros a los 300 metros.

El correspondiente ámbito de frecuencias va desde unos 100 megahertzios hasta unos pocos megahertzios. Al igual que las otras ondas electromagnéticas, entre menor longitud de onda, mayor frecuencia tienen, y viceversa.

Espectro de radio

Las ondas de radio se utilizan para transmitir señales para aparatos de radio y televisores, teléfonos celulares. También en todo tipo de aparatos de control remoto, teléfonos inalámbricos, aviones y carros a control remoto, sistema de posicionamiento global (gps) y para comunicación con naves espaciales en el Sistema Solar.

En el espacio, algunos objetos tales como galaxias, pulsares y quasares, y un buen número de estrellas emiten energía en frecuencias de radio, por lo que reciben el nombre de fuentes de radio. Para ver esos objetos se utilizan grandes antenas parabólicas, que llamamos radiotelescopios. Posteriormente, con la información recibida, se construye una imagen del objeto en color falso.

Enlaces recomendados: El complejo de radiotelescopios de Atacama (ALMA). El observatorio de Arecibo, el radiotelescopio de un solo plato más grande del mundo. Puerto Rico.  Radar meteorológico del Canal de Panamá. Multimedia.

De la Tierra hacia el espacio

Todos los cuerpos absorben o reflejan radiaciones en cierta proporción. Un planeta como la Tierra, que no es una fuente primaria de radiación, como lo son las estrellas, devuelve al espacio un cierto porcentaje de la radiación que recibe del Sol. Evidentemente, si la Tierra está en equilibrio térmico, la energía que recibe y la que reemite es la misma, pues de lo contrario, durante un periodo largo de tiempo, se calentaría o se enfriaría. El efecto invernadero de la Tierra aumentado por las actividades humanas está produciendo un calentamiento global del planeta. Un 30% de la energía que entra a la atmósfera proveniente del Sol es reflejada de vuelta al espacio como radiación infrarroja de mayor longitud de onda.

Sin embargo, es interesante notar que hay una pequeñísima cantidad de radiación electromagnética emitida por la Tierra hacia el espacio exterior, que lleva precisamente el sello inconfundible de seres inteligentes tecnológicamente avanzados. Esas son las señales de radio y televisión comercial, que comenzaron hace un poco más de 50 años. A la fecha se han expandido por el espacio y ahora el frente de onda está al menos a una distancia de unos 50 años luz de la Tierra.

También tenemos las señales enviadas por algunos radiotelescopios, a puntos específicos del universo, con el fin de contactar alguna inteligencia extraterrestre, que pueda captar, decodificar, interpretar el mensaje y, si tiene interés contestarlo. Yo particularmente espero que durante me vida se reciba un ¡hola, como están, cambio y fuera! de alguna civilización, que como la nuestra, haya descubierto las telecomunicaciones.

Página creada el 9 de mayo de 2006.

Creado:
30 de Marzo del 2015
Última actualización:
23 de Mayo del 2015
Etiquetas: 
física, ciencia, UV, tecnología