Radiación de las ondas electromagnéticas

695 views

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
695
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
36
Actions
Shares
0
Downloads
3
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Radiación de las ondas electromagnéticas

  1. 1. 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).
  2. 2. Características principales de las ondas electromagnéticasLas tres características principales de las ondas que constituyen el espectroelectromagnético son:  Frecuencia ( f )  Longitud ( )  Amplitud ( A )FrecuenciaLa frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamenteun número determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puedeobservar en la siguiente ilustración:A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por segundo. B.- Onda senoidal de 10ciclos o hertz por segundo.La frecuencia de esas ondas del espectro electromagnético se representan con laletra ( 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 formasimilar 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 laorilla.
  3. 3. Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan ondas similaresa las radiaciones. propias del espectro electromagnético.Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas delespectro electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. Ladistancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, otambién el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de la ondaelectromagnética, medida en múltiplos o submúltiplos del metro (m), constituye lo quese denomina “longitud de onda”.P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal delespectro. electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valoraumenta o disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia onda crece odecrece positivamente por encima del valor "0".V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal delespectro. 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 lapropia onda crece o decrece negativamente por. debajo del valor "0".T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dosvalles por un mismo. punto.N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.
  4. 4. La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa por medio de laletra griega lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmulamatemática: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 ohertz 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 41metros en el dial de un radiorreceptor.
  5. 5. Amplitud de onda La 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 electromagnéticas Para 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 frecuenciacorrespondiente de las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia unextremo del espectro se agrupan las ondas más largas, como las correspondientes afrecuencias de sonidos que puede percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo seagrupan las ondas extremadamente más cortas, pero con mayor energía y mayor frecuenciaen 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 espectroelectromagnético.
  6. 6. A.- Frecuencia de la corriente eléctrica alterna industrial y doméstica. B.- Frecuenciasaudibles 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 domésticoLo que conocemos como corriente alterna (CA) corresponde a la frecuencia que normalmentegeneran los alternadores o generadores de las centrales termoeléctricas, hidroeléctricas yatomoeléctricas 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 de60 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 algrupo ELF (Extremely Low Frequency – Frecuencia extremadamente baja), como las de 50 ó60 ciclos por segundo o hertz (Hz) , según el país de que se trate. Dentro de esta sección delespectro también aparecen las frecuencias audibles por el oído humano (entre 20 ciclos y 20mil ciclos por segundo o hertz ), incluyendo también las audibles por algunos animales, comoel perro, que superan los 20 mil ciclos por segundo, y que se encuentran comprendidas dentrodel grupo VLF (Very Low Frequency – Frecuencia muy baja).
  7. 7. Frecuencias audibles por el oído humanoSon frecuencias inherentes a los sonidos que pueden detectar nuestro sentido del oído. Su espectroabarca desde los 20 Hz para los sonidos más graves, hasta los 20 kHz de frecuencia para los sonidosmás 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 seincluyen las ondas que permiten la transmisión de señales de radio de amplitud modulada (AM) yfrecuencia modulada (FM), incluyendo televisión, teléfono inalámbrico, teléfono móvil o celular, GPS(Global Positioning System – Sistema de Posicionamiento Global), controles para gobierno de equiposremotos, 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 deluz. visible por el ojo humano y los rayos ultravioleta (UV).Rayos infrarrojos (IR) 11Los rayos infrarrojos abarcan aproximadamente desde los 3,0 x 10 Hz (300 GHz) hasta los 3,8 x 1410 Hz (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
  8. 8. 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 puedenconocer la temperatura ambiente existente en esos momentos en cada zona específica de la zonageográfica 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 visibleLa radiación de la luz visible es la que nos permite ver los objetos del mundo material que nosrodea. Se localiza aproximadamente entre 3,8 x 1014 Hz (380 THz), correspondiente a lafrecuencia del color violeta y los 7,5 x 1014 Hz (75 THz) pertenecientes a la frecuencia del colorrojo. 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 diferentestecnologías que utilizamos para alumbrarnos de noche.
  9. 9. 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, naturalizadoestadounidense, Albert Einstein, las ondas de luz se mueven en el vacío a una velocidad de 299 792458 metros por segundo (± 1 m/s), aunque generalmente se toma el valor aproximado de 300 000 000m/s.Rayos ultravioleta (UV)Los rayos ultravioleta se encuentran situados aproximadamente en la franjacomprendida entre los 7,5 x 1014 Hz (75 THz) y los 3,0 x 1016 Hz (30 PHz) defrecuencia del espectro electromagnético. Entre los componentes de los rayos de luzblanca 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 queproporcionan las lámparas que emiten esos rayos, son del tipo UV-A, por lo quetomarlos en exceso puede conllevar a la aparición de cáncer en la piel, mientras quepor otro lado son esos propios rayos, tomados con moderación, los que favorecen lacreación de vitamina “D” en la propia piel.No obstante la capa de ozono que cubre la Tierra actúa como filtro natural paraamortiguar, en gran medida, esas radiaciones, con el fin de que nos lleguen másdebilitadas.RAYOS X, RAYOS GAMMA Y RAYOS CÓSMICOSFrecuencias y longitudes de onda correspondientes a los Rayos X, Rayos Gamma ( ) yRayos.. Cósmicos del espectro electromagnético.Rayos-X 16Las radiaciones de Rayos-X abarcan desde los 3,0 x 10 (30 PHz), hasta 19los 3,0 x 10 Hz (30 EHz) de frecuencia dentro del espectroelectromagnético. Las radiaciones de esos rayos son invisibles para el ojohumano, pero pueden atravesar diferentes tipos objetos, incluyendo el
  10. 10. cuerpo humano. Sin embargo, las planchas de plomo no son atravesadaspor los Rayos-X, por lo que se emplea normalmente ese metal paraproteger al hombre cuando trabaja con aparatos que emiten este tipo deradiaciones.Los Rayos-X, descubiertos a finales del siglo 18 por el físico alemánWilhelm Röntgen, se emplean fundamentalmente para obtener radiografíasde 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 19 22 átomo radioactivo y abarcan desde los 3,0 x 10 Hz (30 EHz) hasta los 3,0 x 10 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 riesgode contaminación por rayos gamma en determinadas zonas como, porejemplo,. las destinadas a la práctica de medicina nuclear en los hospitales.Esas radiaciones de frecuencias extremadamente elevadas, liberan una alta energía que puede resultarmuy peligrosa y perjudicial para los seres vivos, aunque bien administradas sirven para aplicarlas en eltratamiento de algunos tipos de cáncer, así como para la esterilización del instrumental médico y losalimentos.Las radiaciones gamma sólo se pueden detener utilizando gruesas paredes de hormigón, revestimientode planchas de plomo, o empleando grandes cantidades de agua.Rayos cósmicosLos rayos cósmicos proceden del espacio profundo y su frecuencia 22supera los 3,0 x 10 Hz (30 ZHz). Esos rayos se componen deondas cósmicas de la más elevada frecuencia y una alta carga deenergía que llegan, incluso, hasta la superficie terrestre. Su efectoresulta mortal si alguien se expone directamente a las mismas en elespacio cósmico sin la debida protección de una escafandra, comolas utilizadas por los cosmonautas. Sin embargo, a los habitantesde la Tierra no les llega a afectar de forma directa gracias a laprotección natural que proporciona la capa de ozono. Foto del espacio profundo. NASA
  11. 11. VALORES APROXIMADOS DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Frecuencia en hertz Longitud de onda en Energía en Espectro electromagnético (Hz) metros (m) Jules (J) 2 3 7 5 2,0 · 10 – 2,0 · 10 1,0 · 10 – 1,0 · 10 --- Sonidos audibles Ondas de radio de amplitud modulada (AM): 3 4 5 4 -29 Frecuencia Muy Baja 1,5 · 10 – 3,0 · 10 1,0 · 10 – 1,0 · 10 < 1,9 · 10 4 5 4 2 -29 Onda Larga (OL o LW*) 3,0 · 10 – 6,5 · 10 1,0 · 10 – 6,5 · 10 > 1,9 · 10 5 6 2 2 -28 Onda Media (OM o MW*) 6,5 · 10 – 1,7 · 10 6,5 · 10 – 1,8 · 10 > 4,3 · 10 6 7 2 1 -27 Onda Corta (OC o SW*) 1,7 · 10 – 3,0 · 10 1,8 · 10 – 1,0 · 10 > 1,1 · 10 Ondas de radio de frecuencia modulada (FM) y de televisión: 7 8 1 0 -26 VHF* Frecuencia Muy Alta 3,0 · 10 – 3,0 · 10 1,0 · 10 – 1,0 · 10 > 2,0 · 10 8 9 0 -2 -25 UHF* Frecuencia Ultra Alta 3,0 · 10 – 3,0 · 10 1,0 · 10 – 3,0 · 10 > 1,9 · 10 9 11 -2 -3 -24 Microondas (microwaves) 3,0 · 10 – 3,0 · 10 3,0 · 10 – 1,0 · 10 > 1,9 · 10 Rayos infrarrojos (IR): 11 12 -3 -6 -22 Lejanos 3,0 · 10 – 6,0 · 10 1,0 · 10 – 5,0 · 10 > 2,0 · 10 12 14 -6 -6 -21 Medios 6,0 · 10 – 1,2 · 10 5,0 · 10 – 2,5 · 10 > 3,9 · 10 14 14 -6 -9 -20 Cercanos 1,2 · 10 – 3,8 · 10 2,5 · 10 – 7,8 · 10 > 7,9 · 10 14 14 -9 -9 -19 3,8 · 10 – 7,8 · 10 7,5 · 10 – 3,8 · 10 > 2,5 · 10 Luz visible Rayos ultravioleta (UV): 14 15 -9 -9 -19 Cercanos 7,8 · 10 – 1,5 · 10 3,8 · 10 – 2,0 · 10 > 5,0 · 10 15 16 -9 -9 -19 Extremos 1,5 · 10 – 3,0 · 10 2,0 · 10 – 1,0 · 10 > 9,9 · 10 16 20 -9 -12 -17 3,0 · 10 – 3,0 · 10 1,0 · 10 – 1,0 · 10 > 1,9 · 10 Rayos X 20 22 -12 -14 -14 3,0 · 10 – 3,0 · 10 1,0 · 10 – 1,0 · 10 > 1,9 · 10 Rayos Gamma 22 -14 > 3,0 · 10 < 1,0 · 10 --- Rayos Cósmicos* 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 deMedidas (S.I.) Hz (hertz) Unidad de medida 3 kHz (kilohertz) 10 hertz = 1 000 hertz
  12. 12. 6 MHz (megahertz) 10 hertz = 1 000 000 hertz 9 GHz (gigahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 hertz 12 THz (terahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 000 hertz 15 PHz (petahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 000 000 hertz 18 EHz (exahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 000 000 000 hertz 21 ZHz (zettahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 000 000 000 000 hertz 24 YHz (yottahertz) 10 hertz = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 hertzNOTA.- 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 losaños 1860 por el físico inglés James Clerk Maxwell. Este científico realizó un análisis matemático de lateoría de los campos electromagnéticos y llegó a la conclusión que la luz visible estaba formadatambién por ondas electromagnéticas.

×