Espectro electromagnético

Electromagnetismo

Se llama "electromagnetismo" porque la electricidad y el magnetismo están vinculados:

propiedades del campo electromagnético
Un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico.
y un campo eléctrico cambiante también produce un campo magnético

changing electric vs magnetic field 

... ¡ y así sucesivamente ... !

Entonces, la electricidad y el magnetismo están vinculados en una danza en curso.

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
    playa y pies
  • 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
    mano rayos X
  • 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.

perro y sol

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
llegan hasta el final:

bloque de espectro electromagnético

Imagínate: si nuestros ojos solo pudieran ver rayos X, ¡el cielo sería negro!

telescopio para rayos X
Entonces, los telescopios como el telescopio de rayos X NuSTAR deben estar en órbita.

Rangos

Nos gusta considerar que el espectro tiene estos rangos:

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:

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")
¿Cuál es la frecuencia de sus pasos en cada caso?

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.

rojo claro: menor energía, azul: mayor energía

 

átomo ionización

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
Para recordar los niveles de energía y peligro, piense "La radio está baja, pero los rayos son como navajas".

Como fotones

La radiación electromagnética se comporta como ondas, pero también como paquetes de energía llamados fotones.
Entonces es como una partícula y también como una onda. A esto se le llama "dualidad onda-partícula"

einstein

 

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).