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Campo electromagnético. La radiación electromagnética.
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La radiación electromagnética La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas.
Campo eléctrico http://www.surendranath.org/Applets/Electricity/FieldLines/FieldLinesApplet.html
Manifestaciones del campo eléctrico http://www.falstad.com/vector3de/
Experiencias de Faraday y Oersted http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/
Campo electromagnético “Campo” es un término físico para una región que está bajo la influencia de cierta fuerza que puede actuar en la materia dentro de esa región. Por ejemplo, el Sol produce un campo gravitacional que atrae los planetas en el sistema solar y por tanto influye sus órbitas. Las cargas eléctricas estáticas producen campos eléctricos, mientras que las cargas eléctricas en movimiento producen tanto campos eléctricos como magnéticos. Los cambios repetidos y regulares en estos campos producen lo que llamamos radiación electromagnética. La radiación electromagnética transporta energía de un punto a otro. Esta radiación se propaga (mueve) a través del espacio a 299,792 km por segundo (la velocidad de la luz). De hecho, la luz es una de las formas de la radiación electromagnética. Otras formas de la radiación electromagnética son los rayos X, microondas, radiación infrarroja, ondas de radio AM y FM y la radiación ultravioleta. Las propiedades de la radiación electromagnética dependen fuertemente de su frecuencia. Las frecuencias de la radiación electromagnética están dadas en Hertz (Hz), llamadas así por HeinrichHertz (1857-1894), la primera persona en generar ondas de radio. Un Hertz es un ciclo por segundo.
Ondas electromagnéticas • Las señales de RF se propagan en forma de ondas electromagnéticas, que consisten en un campo eléctrico y magnético mutuamente perpendiculares. Las ondas electromagnéticas presentan una serie de parámetros que las definen y que marcarán diferencias importantes a la horade propagarse por el medio: • longitud de onda: define el espacio que recorre la onda en cada ciclo al propagarse • velocidad de propagación: se propagan, en el vacío, a la velocidad de la luz • frecuencia: cantidad de ciclos de la señal que se completan en un segundo • potencia: marca la cantidad de energía que transporta la señal. Al alejarse de la fuente que la generó, la potencia disminuye de forma proporcional al cuadrado de la distancia • polarización: se emplea como referencia el plano de propagación del campo eléctrico.
Movimiento de las ondas electromagnéticas http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/polarizedlight/emwave/index.html
Experimento de Hertz Entre 1886 y 1888, Hertz validó la teoría de Maxwell, demostrando que la radiación generada por el campo electromagnético tenía característica de ondas. Usando una bobina de inducción (semejante a usada por Röentgen), se generan chispas en dos terminales acoplados a un sistema condensador (que almacena electricidad hasta ocurrir una chispa). La chispa genera ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio (ondas de radio). Esas ondas son detectadas la distancia por uno otro dispositivo chamado resonador. El resonador produce chispas cuja intensidad depende de su distancia de la bobina. Con ese método, Hertz fue capaz de mostrar la “naturaleza ondulatoria” de la radiación electromagnética, demostrando, inclusive la existencia de polarización en las ondas de radio.
Frecuencia y longitud de onda de la radiación electromagnética La onda electromagnética consiste en un campo eléctrico y magnético perpendiculares que se desplaza a la velocidad de la luz Longitud de onda y frecuencia son magnitudes inversamente proporcionales
Polarización circular http://www.optics.arizona.edu/jcwyant/JoseDiaz/Polarization-Circular.htm
Espectro electromagnético • Las ondas electromagnéticas se agrupan bajo distintas denominaciones según su frecuencia, aunque no existe un límite muy preciso para cada grupo. Además, una misma fuente de ondas electromagnéticas puede generar al mismo tiempo ondas de varios tipos. • Ondas de radio: son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil millones de hercios. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas emisoras. • Microondas: Se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra HighFrecuency) y en los hornos de las cocinas. Su frecuencia va desde los GHz hasta casi el THz. Se producen en oscilaciones dentro de un aparato llamado magnetrón. El magnetrón es una cavidad resonante formada por dos imanes de disco en los extremos, donde los electrones emitidos por un cátodo son acelerados originado los campos electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de microondas. • Infrarrojos: Son emitidos por los cuerpos calientes. Los tránsitos energéticos implicados en rotaciones y vibraciones de las moléculas caen dentro de este rango de frecuencias. Los visores nocturnos detectan la radiación emitida por los cuerpos a una temperatura de 37º. Sus frecuencias van desde 1011Hz a 4·1014Hz. Nuestra piel también detecta el calor y por lo tanto las radiaciones infrarrojas. • Luz visible: Incluye una franja estrecha de frecuencias, los humanos tenemos unos sensores para detectarla ( los ojos, retina, conos y bastones). Se originan en la aceleración de los electrones en los tránsitos energéticos entre órbitas permitidas. Entre 4·1014Hz y 8·1014Hz • Ultravioleta: Comprende de 8·1014Hz a 1·1017Hz. Son producidas por saltos de electrones en átomos y moléculas excitados. Tiene el rango de energía que interviene en las reacciones químicas. El sol es una fuente poderosa de UVA ( rayos ultravioleta) los cuales al interaccionar con la atmósfera exterior la ionizan creando la ionosfera. Los ultravioleta pueden destruir la vida y se emplean para esterilizar. Nuestra piel detecta la radiación ultravioleta y nuestro organismo se pone a fabricar melanina para protegernos de la radiación. La capa de ozono nos protege de los UVA. • Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. • Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Sus radiación es muy peligrosa para los seres vivos.
El espectro electromagnético Es el conjunto de ondas electromagnéticas –un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a su vez ortogonales a la dirección de propagación- que se desplazan por el vacío a la velocidad de la luz, la cual es una onda electromagnética más, pero capaz de impresionar el ojo humano. Parámetro fundamental de las mismas es, por lo tanto, la frecuencia, que va a caracterizar sus condiciones de propagación y su capacidad de penetración en los obstáculos. Unas son naturales y se generan en procesos muy energéticos como los que tienen lugar en las estrellas y galaxias, y otras son artificiales y las produce el hombre para que sirvan de soporte a la información –sonidos, imágenes y datos- que desea difundir por medios inalámbricos.
Espectro electromagnético Abarca desde los rayos gamma, que tienen la frecuencia más elevada y que son generados, por ejemplo, en las reacciones nucleares, hasta las ondas casi estáticas, con oscilaciones de pocos hertz, como la tensión eléctrica de la red.
Bandas de frecuencia utilizadas en equipos radar Las bandas utilizadas en los equipos radar (Radio Detecting and Ranging) están en la región de las microondas y responden a las siguientes denominaciones: L (hasta 1,5 GHz), S (3,9 GHz), C(5,75 GHz), X (10,9 GHz) y K (36 GHz). Estas denominaciones están extraídas de la terminología militar, que fueron las que dieron origen al radar.
b) espectro infrarrojo El cuerpo humano tiene una temperatura normal de 37ºC, por lo que emite radiación en el infrarrojo cercano, que con los instrumentos adecuados puede ser captado con bastante precisión. En este caso tiene fundamentalmente dos tipos de aplicaciones: -médicas, ya que ciertos tumores producen elevaciones (aunque reducidas y localizadas) del área afectada -militares, aplicándose a los instrumentos de visión nocturna, lo que se trata de contrarrestar empleando ropa invisible en esta parte del espectro
Huellas faciales La toma de huellas dactilares es un sistema para la identificación personal que amenaza con quedarse obsoleto. Un grupo de científicos de Virginia (USA), han diseñado unas cámaras de infrarrojos que, basándose en las variaciones de la temperatura que registra la piel a través de los vasos sanguíneos que discurren bajo la superficie facial y que conforman una imagen térmica única (incluso en gemelos, como se ve en la figura) e intransferible en cada individuo, realizan termografías exactas de los rostros, tan reveladoras como sistema identificatorio como las huellas dactilares de la persona. Ningún sombrero, barba postiza, peluca o disfraz, ni siquiera la más aparatosa cirugía estética de una cara o el anonimato que procura una muchedumbre es capaz de engañar al objetivo infrarrojo de estas nuevas cámaras, que no precisan de luz sino que se sirven del calor corporal que emite nuestra piel.
Descomposición de la luz blanca El prisma de Newton descompone la luz blanca en sus colores simples: -violeta: 0,4-0,446 μm -azul: 0,446-0,5 μm -verde: 0,5 – 0,578 μm -amarillo: 0,592 – 0,62μm -naranja: 0,592 – 0,62 μm -rojo: 0,62 – 0,7 μm
Resumen: diferentes ondas electromagnéticas (i) • Radio Microondas Visible infrarrojo
