La radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas
de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz,
rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud
de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las
frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la
radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su
comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que
transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las
ondas sonoras). La espectroscopia puede descubrir una región mucho más amplia
del espectro que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de
laboratorio común puede descubrir longitudes de onda desde 2 nm a 2500 nm. Con
este tipo de aparatos puede obtenerse información detallada sobre las
propiedades físicas de objetos, gases o incluso estrellas. La espectrometría se
usa sobre todo en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten
ondas de radio que tienen una longitud de onda de 21.12 cm.
Aunque el esquema de clasificación suele ser preciso, en realidad existe
algo de trasposición entre tipos vecinos de energía electromagnética. Por
ejemplo, las ondas de radio a 60 Hz pueden ser recibidas y estudiadas por
astrónomos, o pueden ser conducidas a lo largo de cables como energía
eléctrica. También, algunos rayos gamma de baja energía realmente tienen una
longitud de onda más larga que algunos rayos X de gran energía. Esto es posible
porque "rayo gamma" es el nombre que se le da a los fotones generados
en la descomposición nuclear u otros procesos nucleares y subnucleares,
mientras que los rayos X son generados por transiciones electrónicas que implican
electrones interiores muy energéticos. Por lo tanto, la diferencia entre rayo
gamma y rayo X está relacionada con la fuente de radiación más que con la
longitud de onda de la radiación. Generalmente, las transiciones nucleares son
mucho más energéticas que las transiciones electrónicas, así que los rayos
gamma suelen ser más energéticos que los rayos X. Sin embargo, hay transiciones
nucleares de baja energía (p.ej. la transición nuclear de 14.4 keV del Fe-57)
que producen rayos gamma que son menos energéticos que algunos de los rayos X
de mayor energía.
Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño
apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los
límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro. Se usan para la
transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos
móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de
radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio. Las ondas
de radio pueden transportar información variando la combinación de amplitud,
frecuencia y fase de la onda dentro de una banda de frecuencia. El uso del
espectro de radio está regulado por muchos gobiernos mediante la asignación de
frecuencias. Cuando la radiación electromagnética impacta sobre un conductor,
se empareja con él y viaja a lo largo del mismo, induciendo una corriente
eléctrica en la superficie de ese conductor mediante la excitación de los
electrones del material de conducción. Este efecto (el efecto piel) se usado en
las antenas. La radiación electromagnética también puede hacer que ciertas
moléculas absorban energía y se calienten, una característica que se utiliza en
los microondas.
La frecuencia super alta (SHF) y la frecuencia extremadamente alta (EHF)
de las microondas son las siguientes en la escala de frecuencia. Las microondas
son ondas los suficientemente cortas como para emplear guías de ondas metálicas
tubulares de diámetro razonable. La energía de microondas se produce con tubos
klistrón y tubos magnetrón, y con diodos de estado sólido como los dispositivos
Gunn e IMPATT. Las microondas son absorbidas por la moléculas que tienen un
momento dipolar en líquidos. En un horno microondas, este efecto se usa para
calentar la comida. La radiación de microondas de baja intensidad se utiliza en
Wi-Fi. El horno microondas promedio, cuando está activo, está en un rango
cercano y bastante poderoso como para causar interferencia con campos
electromagnéticos mal protegidos, como los que se encuentran en dispositivos
médicos móviles y aparatos electrónicos baratos.
La radiación de terahertzios (o Rayos T) es una región del espectro
situada entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, este
rango estaba muy poco estudiado, ya que apenas había fuentes para la energía
microondas en el extremo alto de la banda (ondas submilimétrica o también
llamadas ondas terahertzios). Sin embargo, están apareciendo aplicaciones para
mostrar imágenes y comunicaciones. Los científicos también buscan aplicar la
tecnología de rayos T en las fuerzas armadas, donde podrían usarse para
dirigirlas a las tropas enemigas, ya que las ondas de alta frecuencia
incapacitan los equipos electrónicos.
La parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango desde
aproximadamente los 300 GHz (1 mm) hasta los 400 THz (750 nm). Puede ser
dividida en tres partes:
* Infrarrojo lejano, desde 300
GHz (1 mm) hasta 30 THz (10 μm). La parte inferior de este rango también puede
llamarse microondas. Esta radiación es absorbida por los llamados modos
rotatorios en las moléculas en fase gaseosa, mediante movimientos moleculares
en los líquidos, y mediante fotones en los sólidos. El agua en la atmósfera de
la Tierra absorbe tan fuertemente esta radiación que confiere a la atmósfera
efectividad opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitudes de onda
("ventanas") dentro del rango opaca¡o que permiten la transmisión
parcial, y pueden ser usados en astronomía. El rango de longitud de onda de aproximadamente
200 μm hasta unos pocos mm suele llamarse "radiación submilimétrica"
en astronomía, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda por
debajo de los 200 μm.
* Infrarrojo medio, desde 30 a
120 THz (10 a 2.5 μm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro)
pueden irradiar fuertemente en este rango. Se absorbe por vibraciones
moleculares, es decir, cuando los diferentes átomos en una molécula vibran
alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango es llamado, a veces,
región de huella digital, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio
de cada compuesto es muy específico
* Infrarrojo cercano, desde
120 a 400 THz (2500 a 750 nm). Los procesos físicos que son relevantes para
este rango son similares a los de la luz visible.
La frecuencia por encima del infrarrojo es la de la luz visible. Este es
el rango en el que el Sol y las estrellas similares a él emiten la mayor parte
de su radiación. No es probablemente una coincidencia que el ojo humano sea
sensible a las longitudes de onda que el sol emite con más fuerza. La luz
visible (y la luz cercana al infrarrojo) son absorbidas y emitidas por
electrones en las moléculas y átomos que se mueven desde un nivel de energía a
otro. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del
espectro electromagnético. Un arco iris muestra la parte óptica (visible) del
espectro electromagnético; el infrarrojo (si pudiera verse) estaría localizado
justo a continuación del lado rojo del arco iris, mientras que el ultravioleta
estaría tras el violeta.
La radiación electromagnética con una longitud de onda entre
aproximadamente 400 nm y 700 nm es detectado por el ojo humano y percibida como
luz visible. A otras longitudes de onda, sobre todo al infrarrojo cercano (más
largo de 700 nm) y al ultravioleta (más corto que 400 nm) también se les llama
luz a veces, sobre todo cuando la visibilidad para los humanos no es relevante.
Si la radiación que tiene una frecuencia en la región visible del espectro electromagnético
se refleja en un objeto, como por ejemplo un plato hondo de fruta, y luego
impacta en nuestros ojos, obtenemos una percepción visual de la escena. El
sistema visual de nuestro cerebro procesa la multitud de frecuencias reflejadas
en diferentes sombras y matices, y a través de este fenéomeno psicofísico que
todavía no se entiende completamente, es como percibiríamos los objetos.
En la mayor parte de las longitudes de onda, sin embargo, la información
transportada por la radiación electromagnética no es directamente descubierta
por los sentidos humanos. Las fuentes naturales producen radiación
electromagnética a través del espectro, y nuestra tecnología también puede
manipular un amplio rango de longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz
que, aunque no es adecuada para la visión directa, puede transportar datos que
luego son traducidos en sonido o imagen. La codificación usada en tales datos
es similar a lo que se usa con las ondas de radio.
La siguiente
frecuencia en el espectro es el ultravioleta (o rayos UV), que es la radiación
cuya longitud de onda es más corta que el extremo violeta del espectro visible.
Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos,
haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que
cambia su comportamiento. Las quemaduras solares, por ejemplo, están causadas
por los efectos perjudiciales de la radiación UV en las células de la piel, y
pueden causar incluso cáncer de piel si la radiación daña las moléculas de ADN
complejas en las células (la radiación UV es un mutágeno). El Sol emite una
gran cantidad de radiación UV, lo que podría convertir rápidamente la Tierra en
un desierto estéril si no fuera porque, en su mayor parte, es absorbida por la
capa de ozono de la atmósfera antes de alcanzar la superficie.
Después del
ultravioleta vienen los rayos X. Los rayos X duros tienen longitudes de onda
más cortas que los rayos X suaves. Se usan generalmente para ver a través de
algunos objetos, así como para la física de alta energía y la astronomía. Las
estrellas de neutrones y los discos de acreción alrededor de los agujeros
negros emiten rayos X, lo que nos permite estudiarlos. Los rayos X pasan por la
mayor parte de sustancias, y esto los hace útiles en medicina e industria.
También son emitidos por las estrellas, y especialmente por algunos tipos de
nebulosas. Un aparato de radiografía funciona disparando un haz de electrones
sobre un "objetivo". Si los electrones se disparan con suficiente energía,
se producen rayos X.
Después de los rayos X duros vienen los rayos gamma. Son los fotones más
energéticos, y no se conoce el límite más bajo de su longitud de onda. Son
útiles a los astrónomos en el estudio de objetos o regiones de alta energía, y
son útiles para los físicos gracias a su capacidad penetrante y su producción
de radioisótopos. La longitud de onda de los rayos gamma puede medirse con gran
exactitud por medio de dispersión Compton. No hay ningún límite exactamente
definido entre las bandas del espectro electromagnético. Algunos tipos de
radiación tienen una mezcla de las propiedades de radiaciones que se encuentran
en las dos regiones del espectro. Por ejemplo, la luz roja se parece a la
radiación infrarroja en que puede resonar algunos enlaces químicos.
BIBLIOGRAFÍA
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