Espectro electromagnético

ondas de Radio

Las ondas de Radio son emitidas y recibidas por antenas, que consisten en conductores como resonadores de barras metálicas. En la generación artificial de ondas de radio, un dispositivo electrónico llamado transmisor genera una corriente eléctrica de CA que se aplica a una antena. Los electrones oscilantes en la antena generan campos eléctricos y magnéticos oscilantes que irradian lejos de la antena como ondas de radio., En la recepción de ondas de radio, los campos eléctricos y magnéticos oscilantes de una onda de radio se acoplan a los electrones en una antena, empujándolos hacia adelante y hacia atrás, creando corrientes oscilantes que se aplican a un receptor de radio. La atmósfera de la tierra es principalmente transparente a las ondas de radio, excepto por las capas de partículas cargadas en la ionosfera que pueden reflejar ciertas frecuencias.,

Las ondas de Radio son extremadamente utilizadas para transmitir información a través de distancias en sistemas de comunicación por radio como radiodifusión, televisión, radios bidireccionales, teléfonos móviles, satélites de comunicación y redes inalámbricas. En un sistema de comunicación por radio, una corriente de radiofrecuencia se modula con una señal portadora de información en un transmisor variando la amplitud, frecuencia o fase, y se aplica a una antena., Las ondas de radio llevan la información a través del espacio a un receptor, donde son recibidas por una antena y la información extraída por demodulación en el receptor. Las ondas de Radio también se utilizan para la navegación en sistemas como el sistema de Posicionamiento Global (GPS) y las balizas de navegación, y para localizar objetos distantes en radiolocalización y radar. También se utilizan para el control remoto y para la calefacción industrial.,

el uso del espectro radioeléctrico está estrictamente regulado por los gobiernos, coordinado por un organismo llamado Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) que asigna frecuencias a diferentes usuarios para diferentes usos.

Microondas

Las microondas son ondas de radio de longitud de onda corta, de unos 10 centímetros a un milímetro, en las bandas de frecuencia SHF y EHF. La energía de microondas se produce con tubos de klystron y magnetrón, y con dispositivos de estado sólido como diodos Gunn e IMPATT. Aunque son emitidos y absorbidos por antenas cortas, también son absorbidos por moléculas polares, acoplándose a modos vibracionales y rotacionales, lo que resulta en un calentamiento a granel., A diferencia de las ondas de mayor frecuencia, como el infrarrojo y la luz, que se absorben principalmente en las superficies, las microondas pueden penetrar en los materiales y depositar su energía debajo de la superficie. Este efecto se utiliza para calentar alimentos en hornos de microondas, y para la calefacción industrial y la diatermia médica. Las microondas son las principales longitudes de onda utilizadas en el radar, y se utilizan para la comunicación por satélite, y las tecnologías de redes inalámbricas como Wi-Fi., Los cables de cobre (líneas de transmisión) que se utilizan para llevar ondas de radio de baja frecuencia a las antenas tienen pérdidas de energía excesivas en las frecuencias de microondas, y las tuberías de metal llamadas guías de onda se utilizan para transportarlas. Aunque en el extremo inferior de la banda la atmósfera es principalmente transparente, en el extremo superior de la banda la absorción de microondas por los gases atmosféricos limita las distancias prácticas de propagación a unos pocos kilómetros.,

la radiación de terahercios o radiación submilimétrica es una región del espectro de aproximadamente 100 GHz a 30 terahercios (THz) entre las microondas y el infrarrojo lejano que puede considerarse que pertenece a cualquiera de las bandas. Hasta hace poco, el rango rara vez se estudiaba y existían pocas fuentes de energía de microondas en la llamada brecha de terahercios, pero ahora están apareciendo aplicaciones como imágenes y comunicaciones. Los científicos también están buscando aplicar la tecnología de terahercios en las fuerzas armadas, donde las ondas de alta frecuencia podrían dirigirse a las tropas enemigas para incapacitar su equipo electrónico., La radiación de terahercios es fuertemente absorbida por los gases atmosféricos, haciendo que este rango de frecuencia sea inútil para la comunicación a larga distancia.

radiación infrarroja

la parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango de aproximadamente 300 GHz a 400 THz (1 mm-750 nm). Se puede dividir en tres partes:

• infrarrojo lejano, de 300 GHz a 30 THz (1 mm – 10 µm). La parte inferior de este rango también se puede llamar microondas u ondas de terahercios., Esta radiación es típicamente absorbida por los llamados modos de rotación en moléculas de fase gaseosa, por movimientos moleculares en líquidos y por fonones en sólidos. El agua en la atmósfera de la Tierra absorbe tan fuertemente en este rango que hace que la atmósfera en efecto opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitud de onda («ventanas») dentro del rango opaco que permiten la transmisión parcial, y se pueden usar para la astronomía. El rango de longitud de onda de aproximadamente 200 µm hasta unos pocos mm se conoce a menudo como astronomía submilimétrica, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda inferiores a 200 µm.,
• infrarrojo medio, de 30 a 120 THz (10-2, 5 µm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango, y la piel humana a temperatura corporal normal irradia fuertemente en el extremo inferior de esta región. Esta radiación es absorbida por vibraciones moleculares, donde los diferentes átomos de una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango a veces se llama la región de la huella dactilar, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio de un compuesto es muy específico para ese compuesto.
• infrarrojo cercano, de 120 a 400 THz (2.500-750 nm)., Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible. Las frecuencias más altas en esta región pueden ser detectadas directamente por algunos tipos de película fotográfica, y por muchos tipos de sensores de imagen de estado sólido para fotografía infrarroja y videografía.

luz Visible

Por encima de la frecuencia infrarroja viene luz visible., El sol emite su potencia máxima en la región visible, aunque la integración de todo el espectro de potencia de emisión a través de todas las longitudes de onda muestra que el sol emite ligeramente más infrarrojo que la luz visible. Por definición, la luz visible es la parte del espectro electromagnético al que el ojo humano es más sensible. La luz Visible (y la luz infrarroja cercana) es típicamente absorbida y emitida por electrones en moléculas y átomos que se mueven de un nivel de energía a otro. Esta acción permite los mecanismos químicos que subyacen a la visión humana y la fotosíntesis de las plantas., La luz que excita el sistema visual humano es una porción muy pequeña del espectro electromagnético. Un arco iris muestra la parte óptica (visible) del espectro electromagnético; el infrarrojo (si pudiera ser visto) se ubicaría justo más allá del lado rojo del arco iris con el ultravioleta apareciendo justo más allá del extremo violeta.

la radiación electromagnética con una longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (400-790 terahercios) es detectada por el ojo humano y percibida como luz visible., Otras longitudes de onda, especialmente el infrarrojo cercano (más largo que 760 nm) y el ultravioleta (más corto que 380 nm) también se conocen a veces como luz, especialmente cuando la visibilidad para los seres humanos no es relevante. La luz blanca es una combinación de luces de diferentes longitudes de onda en el espectro visible. Pasar luz blanca a través de un prisma lo divide en varios colores de luz observados en el espectro visible entre 400 nm y 780 nm.,

si la radiación que tiene una frecuencia en la región visible del espectro EM se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazón de fruta, y luego golpea los ojos, esto resulta en la percepción visual de la escena. El sistema visual del cerebro procesa la multitud de frecuencias reflejadas en diferentes tonos y tonalidades, y a través de este fenómeno psicofísico insuficientemente entendido, la mayoría de la gente percibe un tazón de fruta.

en la mayoría de las longitudes de onda, sin embargo, la información transportada por la radiación electromagnética no es detectada directamente por los sentidos humanos., Las fuentes naturales producen radiación EM en todo el espectro, y la tecnología también puede manipular una amplia gama de longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz que, aunque no necesariamente en la parte visible del espectro (generalmente es infrarroja), puede transportar información. La modulación es similar a la utilizada con las ondas de radio.

la radiación Ultravioleta

la Siguiente en frecuencia viene ultravioleta (UV)., La longitud de onda de los rayos UV es más corta que el extremo violeta del espectro visible, pero más larga que la de los rayos X.

UV es la radiación de longitud de onda más larga cuyos fotones son lo suficientemente energéticos como para ionizar átomos, separando electrones de ellos, y por lo tanto causando reacciones químicas. Los rayos UV de longitud de onda corta y la radiación de longitud de onda más corta por encima de ella (rayos X y rayos gamma) se denominan radiación ionizante, y la exposición a ellos puede dañar el tejido vivo, lo que los convierte en un peligro para la salud. Los rayos UV también pueden causar que muchas sustancias brillen con luz visible; esto se llama fluorescencia.,

en el rango medio de los rayos UV, los rayos UV no pueden ionizarse, pero pueden romper los enlaces químicos, haciendo que las moléculas sean inusualmente reactivas. Las quemaduras solares, por ejemplo, son causadas por los efectos perjudiciales de la radiación UV de rango medio en las células de la piel, que es la principal causa de cáncer de piel. Los rayos UV en el rango medio pueden dañar irreparablemente las complejas moléculas de ADN en las células que producen dímeros de timina, lo que lo convierte en un mutágeno muy potente.,

El Sol emite radiación UV significativa (alrededor del 10% de su potencia total), incluyendo UV de longitud de onda extremadamente corta que potencialmente podría destruir la mayor parte de la vida en la tierra (el agua del Océano proporcionaría cierta protección para la vida allí). Sin embargo, la mayoría de las longitudes de onda UV dañinas del sol son absorbidas por la atmósfera antes de llegar a la superficie. Los rangos de energía más altos (longitud de onda más corta) de UV (llamados «UV de vacío») son absorbidos por el nitrógeno y, en longitudes de onda más largas, por el oxígeno diatómico simple en el aire., La mayor parte de los rayos UV en el rango medio de energía está bloqueada por la capa de ozono, que absorbe fuertemente en el importante rango de 200-315 nm, cuya parte de energía más baja es demasiado larga para que el dioxigeno ordinario en el aire la absorba. Esto deja menos del 3% de la luz solar a nivel del mar en UV, con todo este resto en las energías más bajas. El resto es UV-A, junto con algunos UV-B. el rango de energía más bajo de UV entre 315 nm y luz visible (llamado UV-A) no es bloqueado bien por la atmósfera, pero no causa quemaduras solares y hace menos daño biológico., Sin embargo, no es inofensivo y crea radicales de oxígeno, mutaciones y daños en la piel.

rayos X

después de UV vienen rayos X, que, al igual que los rangos superiores de UV también son ionizantes. Sin embargo, debido a sus energías más altas, los rayos X también pueden interactuar con la materia por medio del efecto Compton. Los rayos X duros tienen longitudes de onda más cortas que los rayos X blandos y, como pueden pasar a través de muchas sustancias con poca absorción, se pueden usar para «ver a través» de objetos con «espesores» menores que el equivalente a unos pocos metros de agua., Un uso notable es el diagnóstico por imágenes de rayos X en medicina (un proceso conocido como radiografía). Los rayos X son útiles como sondas en física de alta energía. En astronomía, los discos de acreción alrededor de estrellas de neutrones y agujeros negros emiten rayos X, lo que permite el estudio de estos fenómenos. Los rayos X también son emitidos por la corona estelar y son fuertemente emitidos por algunos tipos de nebulosas., Sin embargo, los telescopios de rayos X deben colocarse fuera de la atmósfera de la tierra para ver rayos X astronómicos, ya que la gran profundidad de la atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos X (con una densidad areal de 1000 g/cm2), equivalente a 10 metros de espesor de agua. Esta es una cantidad suficiente para bloquear casi todos los rayos X astronómicos (y también los rayos gamma astronómicos—ver más abajo).

Rayos Gamma

después de los rayos X duros vienen los rayos gamma, que fueron descubiertos por Paul Ulrich Villard en 1900., Estos son los fotones más energéticos, sin límite inferior definido a su longitud de onda. En astronomía son valiosos para estudiar objetos o regiones de alta energía, sin embargo, al igual que con los rayos X, esto solo se puede hacer con telescopios fuera de la atmósfera de la Tierra. Los rayos Gamma son utilizados experimentalmente por los físicos por su capacidad de penetración y son producidos por un número de radioisótopos. Se utilizan para la irradiación de alimentos y semillas para la esterilización, y en la medicina se utilizan ocasionalmente en la terapia de radiación contra el cáncer., Más comúnmente, los rayos gamma se utilizan para el diagnóstico por imágenes en Medicina nuclear, un ejemplo son las exploraciones por PET. La longitud de onda de los rayos gamma se puede medir con alta precisión a través de los efectos de la dispersión de Compton.