*ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO INTRODUCCION
El espectro electromagnético es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación1.
CONCEPTOS BÁSICOS
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 ilustración2:
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.
Tanto
Longitud de Onda
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 ³longitud 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 ³0´. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. la amplitud ³A´ 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 ³0´. . El valor de los valles. aumenta o disminuye a medida que la amplitud ³A´ de la propia onda crece o decrece negativamente por. debajo del valor "0".
T.- Perí odo: 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: P
= 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).
ANTECEDENTES
3
ESPECTRO DE EMISION Y ABSORCION
Espectro de emisión: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado. Pueden ser continuos ó discontinuos. y
Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Temperatura
Todos
los sólidos a la misma
producen espectros de emisión iguales.
E spectro
continúo de la luz blanca
Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al pasar la luz de vapor o gas excitado. Las radiaciones emitidas son características de los átomos excitados.4
spectro E
de emisión de vapores de Li
Espectro de absorción: Son los espectros resultantes de intercalar una determinada sustancia entre una fuente de luz y un prisma. Pueden ser continuos ó discontinuos
Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.
Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.
spectro E
de absorción de vapores de Li
Se cumple así la llamada ley de K irchhoff, que dice: Todo cuerpo absorbe las mismas radiaciones que es capaz de emitir.
CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Las ondas electromagnéticas cubren una amplia gama de frecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificarse según su principal fuente de producción. La clasificación no tiene límites precisos 5.
R egión del espectro Intervalo de f recuencias (Hz) Radio-microondas
0-3.0·1012
Infrarrojo
3.0·1012-4.6·1014
Luz visible
4.6·1014-7.5·1014
Ultravioleta
7.5·1014-6.0·1016
Rayos X
6.0·1016-1.0·1020
Radiación gamma
1.0·1020-«.
El 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 electromagnético5.
CAR ACTERÍSTICAS DE LAS DISTINTAS REGIONES DEL ESPECTRO R adiof recuencia
En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son: y
Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son
aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación. y
Frecuencias superbajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en
el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico. y
Frecuencias ultrabajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300
a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana. y
Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies.
Se
pueden incluir aquí las
frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares. y
Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz.
Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este ra ngo están la navegación aeronáutica y marina. y
Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz.
Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz). y
Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30
MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro. y
Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango
popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2
al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)].
También
hay varias bandas de
radioaficionados en este rango. y
Frecuencias ultraaltas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz,
incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares. y
Frecuencias superaltas:
SHF, Super
High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y
son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB. y
Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de
30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy difundidos aún1.
Microondas
Inf rarrojo
La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromganética. La "luz" infrarroja tiene una longitud de onda más larga que la luz visible. La luz roja tiene una longitud de onda más larga que la de los demás colores de la luz; la luz infrarroja tiene una longitud de onda aún mayor que la roja, de manera que la luz infrarroja es una especie de luz "más roja que roja" o luz "más allá del color rojo". La radiación infrarroja no se puede ver pero algunas veces la podemos sentir en forma de calor. Se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio del espectro electromagnético. La radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas entre 1 milímetro y 750 nanometros. La longitud de onda de la luz roja tiene 700 nanómetros (o 7 000 Å). La radiación infrarroja oscila con frecuencias entre 300 gigahertz (GHz ó 109 hertz) y 400 terahertz (THz ó 1012 hertz). El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm longitud de onda), infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo (2 500 a 750 nm longitud de onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes de onda entre 100 y 1 000 µm, es algunas veces conocida como infrarrojo extremo. Las fronteras no siempre son obvias, y las diferencias entre la IR extrema y las frecuencias de radio de microondas son poco obvias. Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja.Los lentes de visión nocturna, así como el control remoto de una TV usan "luz" infrarroja para poder funcionar.6
Luz Visible
Nuestros ojos son detectores evolucionados para captar ondas de luz visible aunque existen muchos otros tipos de radiación que no podemos percibir. De hecho, solo podemos captar una parte mínima de la gama de radiaciones del espectro electromagnético que incluye, además de la radiación visible, los rayos gama, los rayos X, los rayos ultravioletas, los rayos infrarrojos, las microondas y
las ondas de radio. A medida que pasamos de los rayos gamma a las ondas de radio la longitud de onda aumenta y la frecuencia disminuye (también disminuyen la energía y la temperatura). Todos estos tipos de radiación viajan a la velocidad de la luz (unos 300.000 km/s en el vacío). Además de la luz visible, también llegan a la superficie de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequeña de radiación ultravioleta. Cada onda particular del espectro visible viene caracterizada por su longitud de onda siendo ésta junto con el sentido de la vista los únicos responsables del color observado, pues colores diferentes sólo corresponden a longitudes de onda diferentes. Si, como generalmente sucede, la radiación es compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y aprecia tan sólo el "color o tonalidad" resultante. La luz visible es solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda comprendida entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = millonésima de milímetro) y tiene una frecuencia de un millón de gigahercios (GHz), es decir, un billón de ciclos por segundo. Solo
esta estrecha gama que va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo produciendo
sensaciones de color y brillo. La luz blanca esta formada por la mezcla de todo el conjunto de radiaciones visibles monocromáticas que estimulan el ojo humano generando una sensación de luminosidad exenta de color, es una mezcla proporcionada de todas las longitudes de onda entre 400 y 700 nm. S e entiende por radiación monocromática a cada una de las posibles componentes de la luz, correspondientes a cada longitud de onda del espectro electromagnético. En el grafico de la derecha, se han destacado las zonas donde se encuentra aquellas tonalidades que consideramos importantes: la zona de rojos hacia la derecha y la de azules hacia la izquierda. En el centro se ubican tonalidades verdes. Los estudios sobre el sistema visual humano, del que hablaremos más adelante, establecen que en el ojo existen unas células llamadas conos que reaccionan frente al color. Estas células se presentan en 3 tipos diferentes: un tipo de conos reacciona frente a longitudes de onda de la gama central del espectro (verdes), un segundo grupo de conos reaccionan ante la gama de tonos rojos, y un tercer tipo de conos, son especialmente excitados por la banda de tonos azules. Esta es la razón principal para que en cinematografía y televisión se hayan elegidos como colores primarios el rojo ( R ) el verde ( G ) y el azul ( B ). Bien se podría haber seleccionado otra terna, pero es importante
aprovechar esta característica fisiológica del ojo. La luz siempre produce calor en presencia de un cuerpo absorbente (en términos estrictos no existe la denominada "luz fría"), que destruyendo parte de la energía en forma radiante, la recupera transformándola en calor. Así, por ejemplo, no hay calor en los espacios vacíos entre el sol y la tierra, pero, al incidir la radiación solar en nuestra piel, una fracción se convierte en calor; en este sentido podemos afirmar que el sol calienta. La energía radiante además de convertirse en calor, produce otros fenómenos, entre los que destacan por su importancia el fotoquímico y fotoeléctrico, efectos que permiten la creación de imágenes en soporte fotoquímico (cine y fotografía) y soporte electrónico (televisión y vídeo). De ambos hablaremos con detalle más adelante7.
Ultra
violeta
La "luz" ultravioleta es un tipo de radiación electromagnética . La luz ultravioleta (UV) tiene una longitud de onda más corta que la de la luz visible. Los colores morado y violeta tienen longitudes de onda más cortas que otros colores de luz, y la luz ultravioleta tiene longitudes de ondas aún más cortas que la ultravioleta, de manera que es una especie de luz "más morada que el morado" o una luz que va "más allá del violeta". La radiación ultravioleta se encuentra entre la luz visible y los rayos X del espectro electromagnético . La "luz" ultravioleta (UV) tiene longitudes de onda entre 380 y 10 nanómetros. La longitud de onda de la luz ultravioleta tiene aproximadamente 400 nanómetros (4 000 Å). La radiación ultravioleta oscila entre valores de 800 terahertz (THz ó 1012 hertz) y 30 000
T Hz.Algunas
veces, el espectro ultravioleta se subdividide en los rayos UV
cercanos (longitudes de onda de 380 a 200 nanómetros) y un rayo UV extremo (longitudes de onda de 200 a 10 nm). El aire normal es generalmente opaca para los rayos UV menores a 200 nm (el extremo del rayo de los rayos UV); el oxígeno absorbe la "luz" en esa parte del espectro de rayos UV.
R ayos X
3
R ayos gamma
La radiación gamma y/o rayos gamma () es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 í 11 m o frecuencias superiores a 1019 Hz. Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural.
CONCLUSIONES El Espectro Electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como "las ondas de radio" hasta los que tienen menor longitud como los "los rayos gamma". Las características propias de cada tipo de onda no solo son su longitud de onda, sino también su frecuencia y energía. Es por esto la importancia de comprender los conceptos de frecuencia y longitud de onda. La frecuencia responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo. La Longitud de onda () es la distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, describe lo larga que es la onda. La luz es una forma que nos es muy familiar de radiación electromagnética. La luz visible es solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda comprendida entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = millonésima de milímetro) y tiene una frecuencia de un millón de gigahercios, es decir, un billón de ciclos por segundo. Solo esta estrecha gama que va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo produciendo sensaciones de color y brillo. Sin
embargo, hay otras formas de radiación electromagnética, tales como microondas,los rayos X,
ondas de radio y "luz" ultravioleta e infrarroja. Estos
diferentes tipos de radiación
electromagnética forman el espectro electromagnético. Cada sección del espectro electromagnético tiene valores característicos de los niveles de energía, longitudes de ondas y frecuencias asociadas con sus fotones. Los rayos gamma tienen los mayores niveles de energía, las longitudes de ondas más cortas y las frecuencias más altas. En contraste, las ondas de radio tienen la energía más baja, las longitudes de ondas más largas y las frecuencias más bajas que cualquier tipo de radiación. En orden de energía, de mayor a menor, las secciones del espectro electromagnético se llaman: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, y ondas de radio. Las microondas son una subsección, de la sección de ondas de radio del espectro electromagnético. .
1
http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico http://www.asifunciona.com/fisica/af_espectro/af_espectro_2.htm 3 , José Rodríguez García, Fundamentos de óptica ondulatoria. Universidad de Oviedo. Pág. 32-42 4 http://www.monografias.com/trabajos/estruatomica/estruatomica.shtml 5 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/espectro/espectro.htm 2
6 7
http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physical_science/magnetism/em_infrared.sp.html&fr=t&portal=vocals&edu=high
http://www.monografias.com/trabajos10/lalu/lalu.shtml
