El espectro electromagnético

Se conoce como espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de todas las ondas electromagnéticas.

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De las ecuaciones de Maxwell se desprende que cualquier onda electromagnética constituye una propagación de una perturbación de un campo eléctrico y otro magnético, simultáneos y perpendiculares entre sí. Además, también predice que su velocidad en el vacío es una constante, cuyo valor es:

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Teóricamente son posibles todas las frecuencias o longitudes de onda, por lo que el espectro electromagnético es continuo. La relación entre frecuencia (f) y longitud de onda (λ) viene dada por:

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Teniendo en cuenta esta expresión podemos afirmar que las ondas de mayor frecuencia son las que tienen menor longitud de onda, y viceversa. Además, según la ecuación de Planck, la energía de una onda electromagnética es directamente proporcional a su frecuencia (o inversamente proporcional a su longitud de onda):

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Así, el espectro electromagnético abarca todas las ondas electromagnéticas, ordenadas en función de su frecuencia (o longitud de onda) y, por tanto, en función de su contenido energético:

  • Las ondas de radio o radiofrecuencias (RF) son las menos energéticas, con un intervalo muy amplio de frecuencias, que van desde los 3 Hz hasta los 300 GHz (longitudes de onda superiores a 1 mm, hasta miles de kilómetros). A pesar de su nombre, además de en las transmisiones de radio, tamboén son usadas para la televisión, el radar o la telefonía móvil.

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  • Las microondas se encuentran entre 1 y 300 GHz, por lo que son el tramo más energético de las radiofrecuencias, empleadas en radares, televisión vía satélite, telefonía móvil, conexiones inalámbricas y hornos microondas.

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  • Los infrarrojos (IR) se encuentran entre los 300 GHz hasta 400.000 GHz (longitudes de onda comprendidas entre 750 nm y 1 mm). Son emitidas por todos los cuerpos, aumentando con la temperatura. Son utilizados en dispositivos de visión nocturna o en mandos a distancia (así no interfieren con las radiofrecuencias), además de interesantes aplicaciones en la industria y en astronomía.

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  • La luz visible constituye una pequeña parte del espectro electromagnético, con frecuencias comprendidas entre 4 ˑ 1014  y 7’9 ˑ 1014 Hz (longitudes de onda comprendidas entre 380 y 750 nm). Estas frecuencias son las únicas que pueden ser percibidas por el ojo humano:

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  • Los ultravioletas (UV) tienen frecuencias mayores a las de la luz visible, desde 7’9 ˑ 1014 Hz a 3 ˑ 1016 Hz (longitudes de onda desde 10 a 380 nm, aproximadamente). Forma parte de los rayos solares, y resulta perjudicial para la vida, aunque la capa de ozono filtra la mayor parte, evitando que llegue a la superficie terrestre. Se emplea en las lámparas de luz negra (que se hace visible al iluminar ciertos materiales fluorescentes), como las que sirven para detectar billetes falsificados.

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  • Los rayos X tienen frecuencias aún mayores, entre 3 ˑ 1016 y 3 ˑ 1019 Hz (con longitudes de onda comprendidas entre 0’01 y 10 nm). Son muy energéticos y son capaces de atravesar cuerpos opacos. Tienen importantes aplicaciones médicas (radiología).

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  • Los rayos γ (gamma) son los más energéticos (y peligrosos), con frecuencias superiores a 3 ˑ 1019 Hz (longitudes de onda inferiores a 0’01 nm). Se producen en procesos radiactivos o en la desintegración de partículas subatómicas, y se encuentran también en el espacio interestelar. Son muy penetrantes e ionizantes, por lo que pueden resultar tremendamente dañinos.

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¿Cómo medir la velocidad de la luz en casa?

Sencillo: ¡con un tranchete y un microondas! Veamos cómo con este curioso experimento casero.

Las microondas son ondas electromagnéticas, igual que la luz, y como tales se mueven a la misma velocidad. En el horno microondas, al igual que ocurre en una cuerda, las ondas se reflejan una y otra vez,  produciéndose ondas estacionarias:

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La reflexión provoca una interferencia constructiva, de modo que la onda resultante muestra nodos y picos de máxima intensidad a distancias regulares:

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Donde aparecen los picos la energía de la onda es mayor, y para que la comida se caliente de manera más uniforme el plato del microondas gira. Si quitamos el plato giratorio de nuestro microondas y colocamos en él un plato con una tira de queso y calentamos a baja potencia, conseguiremos que los puntos en los que incide más energía se calienten primero y se derritan:

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La distancia entre esos dos puntos es la distancia entre dos picos, es decir, la mitad de la longitud de onda de la radiación:

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Como se puede apreciar en la imagen, la distancia entre dos picos consecutivos es de unos 6 cm, es decir, que la longitud de onda es de 12 cm:

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Teniendo en cuenta la frecuencia a la que trabaja nuestro microondas (unos 2 450 MHz) podremos determinar la velocidad de la radiación electromagnética, ya que:

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Por tanto:

calculo-velocidad-luz

El valor logrado es razonablemente bueno si tenemos en cuenta los medios con los que se ha realizado.

¡Ah! Si eres más de dulces, también puedes hacerlo con chocolate o con un regaliz. ¡Inténtalo y me cuentas!