4.4.1: Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son un tipo de onda que tiene dos componentes transversales. Una onda en el campo eléctrico viaja perpendicular y en fase con una onda en el campo magnético que se mueve a la misma velocidad. La luz, los rayos X, los infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos gamma, las señales de radio, las señales wifi, las señales Bluetooth, las señales celulares, las señales de transmisión de TV y de radio son Todos viajan a la misma velocidad, la velocidad de la luz,\(\text{c} = 3.0\times 10^{8}\text{ m/s}\). Investigaremos las ondas electromagnéticas utilizadas en la transmisión de radio y televisión en un capítulo posterior. El siguiente es un gráfico del espectro electromagnético de Victor Blacus (Wikipedia File).

Figura\(\PageIndex{1}\)

Si la luz y la radio son lo mismo, ¿por qué no podemos ver señales de radio? Hay dos diferencias entre todos estos tipos de ondas electromagnéticas. La primera es que las frecuencias son diferentes para cada tipo (y ya que\(v=\lambda f\), las longitudes de onda también tienen que ser diferentes). En general se necesita una antena cercana al tamaño de la longitud de onda de la onda para poder detectarla. Nuestros ojos tienen moléculas especiales que son del tamaño justo para detectar luz visible pero no rayos X, señales de teléfonos celulares u otras ondas electromagnéticas. Las antenas de los automóviles tienen aproximadamente un metro de longitud porque la longitud de onda de las señales de radio está en este rango. Las antenas de teléfonos celulares (que están construidas dentro del teléfono) son de unos centímetros de tamaño porque así es como de grandes son las ondas que componen la señal del celular.

La segunda diferencia entre diferentes tipos de ondas electromagnéticas tiene que ver con la energía del fotón. Einstein demostró que la energía de una onda electromagnética llega en un solo pulso llamado fotón cuya energía es proporcional a la frecuencia. La energía de un fotón individual para una onda con frecuencia\(f\) viene dada por\(E=hf\) donde\(h = 6.63\times 10^{-34}\text{J s}\) es la constante de Planck. Esta energía no tiene nada que ver con el brillo (intensidad) de la onda, solo la frecuencia. La intensidad o brillo se relaciona con la amplitud de la onda y el número de fotones, no la energía de un fotón individual. Cada fotón de rayos X lleva mucha energía (de ahí que puedan penetrar en el cuerpo y también causar cáncer). Las señales de los teléfonos celulares y la luz visible son ondas electromagnéticas de menor frecuencia y transportan menos energía por fotón (como resultado no pueden causar cáncer, por muy intensas que sean). Se dice que las ondas electromagnéticas con frecuencias superiores a la parte visible del espectro son ionizantes porque tienen suficiente energía para ionizar (eliminar un electrón) de una molécula. Eliminar electrones de las moléculas biológicas en el momento equivocado hace que reaccionen de manera diferente y esto puede llevar a que la química celular se vuelva anormal, a veces causando cáncer.

Ejemplos de video/audio:

• NASA YouTube sobre el espectro electromagnético.