Espectro electromagnético
Electromagnetismo
Se llama "electromagnetismo" porque la electricidad y el magnetismo están vinculados:
Un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico.
y un campo eléctrico cambiante también produce un
campo magnético
... ¡ y así sucesivamente ... !
Este efecto atraviesa el espacio a la velocidad más rápida posible: la velocidad de la luz.
Aquí está el espectro electromagnético completo:
Una frecuencia más alta (tasa de vibración) tiene más energía y una longitud de onda más corta.
El espectro es continuo sin cambios repentinos ni límites.
Pero la forma en que las ondas interactúan con la materia depende de su energía y del tipo de materia.
Ejemplo: nuestros cuerpos
- las ondas de radio pasan a través de nuestros cuerpos
- unas microondas se absorben y nos calientan
- la piel absorbe algo de infrarrojos y luz, y refleja el resto
- Los rayos UV (ultravioleta) son absorbidos por la capa más externa de nuestra piel (que causa quemaduras solares y cáncer de piel).
- Los huesos y los músculos absorben los rayos X a diferentes
velocidades para que podamos ver dentro de nosotros
- La mayoría de los rayos gamma atraviesan, pero cualquiera que se absorba puede dañar nuestras células por ionización (ver más abajo)
Entonces, algunas ondas atraviesan nuestros cuerpos, otras se reflejan o absorben a diferentes velocidades.
Ejemplo: desde el sol
Gran parte de la radiación solar se refleja o se absorbe en la atmósfera.Solamente:
- radio
- parte del infrarrojo
- luz visible, y
- parte de ultravioleta
Imagínate: si nuestros ojos solo pudieran ver rayos X, ¡el cielo sería negro!
Entonces, los telescopios como el telescopio de rayos X NuSTAR deben
estar en órbita.
Rangos
Nos gusta considerar que el espectro tiene estos rangos:
- Microondas y ondas de radio tienen bajas frecuencias, baja energía y longitudes de onda largas
- IR (infrarrojo)
- Luz visible
- UV (ultravioleta)
- Rayos X y rayos Gamma tienen altas frecuencias, alta energía y longitudes de onda cortas
Existe un desacuerdo sobre los valores exactos del rango (por ejemplo, los rayos X de un tubo de rayos X y los rayos Gamma de los materiales radiactivos se superponen), pero aquí hay una guía útil:
Typical Wavelength | Commonly Defined Range | |||
---|---|---|---|---|
Radio | metros (m) | Más de 10 cm | ||
Microondas | centímetros (cm) | 1 mm a 10 cm | ||
Infrarrojo | micrómetros (μm) | 750 nm a 1 mm | ||
Luz | 100s de nanómetros | 380 nm a 750 nm | ||
UV | 100 nanómetros | 10 nm a 380 nm | ||
Rayos X | nanómetros (nm) | 10 pm a 10 nm | ||
Rayos gamma | picómetros (pm) | Menos de 10 pm |
Lee Unidades en las ecuaciones para más información sobre nanómetros, picómetros, etc.
Velocidad de la luz
Las ondas electromagnéticas viajan a la "Velocidad de la luz" a casi 300,000,000 metros por segundo (para ser exactos: 299,792,458 metros por segundo) en el vacío.
Eso es 300 millones de metros por segundo, o:
- 3 × 108 m/s
- 300,000 km/s
- 186,000 millas por segundo
Pero la velocidad puede ser más lenta ...
Medio | Velocidad millones m/s |
---|---|
Vacío | 300 |
Hielo | 228 |
Agua | 225 |
Etanol | 220 |
Vidrio | 205 |
Aceite de oliva | 204 |
Diamante | 123 |
A velocidades más lentas, la longitud de onda es más corta para la misma frecuencia.
Podemos calcular la longitud de onda:
longitud de onda = rapidezfrecuencia
Ejemplo: Luz roja a una frecuencia de 4 × 1014
En el vacío, la longitud de onda es:
3 × 1084 × 1014 = 7.5 × 10-7 = 750 nm
En el agua, la longitud de onda es:
2.25 × 1084 × 1014 = 5.625 × 10-7 = 562 nm
La longitud de onda es diferente pero la luz permanece del mismo color ya que la frecuencia es la misma.
Importante: las longitudes de onda mencionadas en esta página son para el vacío. Ajústalos como arriba si no es el caso.
Longitudes de onda y actividad de frecuencia
Prueba esto: cruza la habitación en 5 segundos:- dar pasos largos ("longitud de onda larga")
- y nuevamente dando pasos cortos ("longitud de onda corta")
Ahora inténtalo de nuevo, pero tómate 20 segundos para cruzar la habitación. ¿Lo que sucede?
Energía
Una frecuencia más alta (tasa de vibración) tiene una longitud de onda más corta y más energía.
Ejemplo: ¿Cuál tiene más energía, la luz o los rayos X?
Los rayos X tienen más energía, con frecuencias alrededor de 1018, en comparación con la luz de aproximadamente 1014
Ejemplo: ¿Cuál tiene más energía, luz roja o luz azul?
La luz azul tiene una frecuencia más alta (con longitudes de onda más cortas), por lo que tiene más energía que la roja.
Ionización y energía
Los rayos gamma, los rayos X y algunas ondas ultravioleta tienen una energía tan alta que son "ionizantes", lo que significa que pueden eliminar electrones de los átomos.
Esto hace que los átomos se carguen y sean más propensos a formar nuevas reacciones químicas, que pueden ser dañinas para nuestras células, matándolas o cambiándolas para que crezcan sin control y formen cáncer.
Para recordar
¿Cómo recordar el espectro?
Va así: Radio, Micro, Infrarrojos, Luz, Ultravioleta, Rayos- La radio y las microondas están en el extremo de baja energía
- El infrarrojo es "antes del rojo"
- La luz visible cambia a rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta
- Ultravioleta es "después de violeta"
- Rayos (rayos X y rayos gamma) en el extremo de alta energía
Como fotones
La radiación electromagnética se comporta como ondas, pero también como paquetes de energía llamados fotones.- Podemos medir la posición y el impulso de un fotón.
- Los fotones no tienen masa, pero cada fotón tiene una cantidad específica de energía que depende de su frecuencia (número de vibraciones por segundo).
- Cada fotón tiene una longitud de onda
Einstein escribió al respecto:
"Parece que debemos usar a veces una teoría y a veces la otra, mientras que a veces podemos usar cualquiera de las dos".
¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).