ESPECTRO DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

PRESENTADO POR:

María José Quiroz Barreto

DOCENTE:

Gustavo Alvarino Bettin

TALLER N° 3

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

PROGRAMA DE QUÍMICA

2015

PUNTOS DEL TALLER

1. Espectro de ondas electromagnéticas

2. Ondas de radio

3. Microondas

3. Rayos infrarrojos

4. Espectro visible

5. Rayos ultravioleta

6. Rayos X

7. Rayos gamma

1. ESPECTRO DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.

El espectro electromagnético o simplemente espectro es la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia cualquiera, ya sea en la Tierra o en el espacio estelar.  En este sentido, el espectro sirve para identificar cualquier sustancia. Es como una huella dactilar de un cuerpo cualquiera. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios, con los cuales, además, se pueden medir la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda (rayos gamma, rayos X), hasta las de mayor longitud de onda (ondas de radio).

Todas las radiaciones electromagnéticas se transmiten a la velocidad de la luz (300.000 km/segundo) y en forma de ondas. Por lo cual, mientras más corta sea la longitud de onda, más alta es la frecuencia de la misma. Onda corta, significa alta frecuencia. Onda larga, baja frecuencia.

ORÍGEN

Cargas eléctricas en movimiento generan radiación electromagnética. Partículas cargadas (como electrones o protones) que son aceleradas en los aceleradores de partículas producen radiación sincrotrón, que hoy día tiene aplicaciones importantes. La materia calentada a altas temperaturas produce radiación electromagnética (los átomos vibrando se convierten en pequeños osciladores). Igualmente la materia a temperaturas de millones de grados en las estrellas produce radiación electromagnética. La materia nebulosa en el espacio, sometida a fuertes campos magnéticos también produce radiación electromagnética, como también la materia sometida a fuertes campos gravitacionales (como cerca de los agujeros negros) produce radiación electromagnética.

REGIONES DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético ha sido dividido en diferentes regiones cuyos límites son más o menos arbitrarios y dependen en buena medida en nuestra capacidad de poder producir o detectar esas regiones del espectro. El descubrimiento y especialmente el desarrollo de las aplicaciones prácticas de las diferentes regiones han dependido de la capacidad tecnológica de producir fuentes de

radiación apropiadas y detectores o medidores sensibles a esas respectivas regiones.

2. ONDAS DE RADIO

Radio frecuencia (RF) se refiere a la porción del espectro electromagnético en el cual las ondas electromagnéticas (menores frecuencias y mayores longitudes de onda, de algunos milímetros a miles de kilómetros) son generadas por una corriente alterna (partículas cargadas moviéndose para atrás y para adelante, cambian de dirección o se aceleran) que se introduce en una antena. La atmósfera de la Tierra es transparente a longitudes de onda de unos pocos milímetros hasta 20 metros. Las ondas de radio viajan en línea recta, pero son reflejadas por la ionosfera, permitiendo que las ondas viajen alrededor del mundo

Las ondas de radio son reflejadas por la ionósfera (la parte de la atmósfera superior conformada por diversas especies cargadas o iones), especialmente las de longitud de onda más grandes; esto permite las comunicaciones globales de radio de onda corta. Igualmente las ondas de radio son reflejadas por la tierra, pero son absorbidas por los mares. Ondas más cortas que unos centímetros son absorbidos por las gotas de agua o por las nubes, y las menores a 1,5 cm pueden ser absorbidas selectivamente por el vapor de agua en una atmósfera clara. Las ondas de radio son invisibles y los humanos no las detectamos, pero son hoy día indispensables en la sociedad moderna.

ORÍGEN

En sus orígenes, el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851), observó por primera vez en 1819 la existencia de un campo magnético alrededor de un conductor por el que circulaba corriente. Al colocar una aguja imantada en sus proximidades, ésta se desviaba orientándose de forma perpendicular al conductor. Con este descubrimiento se iniciaba el estudio del electromagnetismo.

Sólo doce años después, el físico-químico británico Michael Faraday (1791-1867), basándose en el descubrimiento de Oersted, comprobó que el campo magnético que existía alrededor del conductor podía transferirse a otro conductor si se daban las condiciones físicas adecuadas. Faraday había descubierto la inducción electromagnética, algo que en la actualidad constituye uno de los fenómenos eléctricos más útiles, pues el 80% de la energía eléctrica que llega a nuestros hogares ha sido producida utilizando el fenómeno de la inducción electromagnética.

Los estudios de Faraday no cayeron en saco roto, y fueron asumidos por otro físico, también británico, James Clerk Maxwell(1831-1879), ampliando sus investigaciones y elaborando la teoría del electromagnetismo. Maxwell demostró la relación matemática entre un campo eléctrico y magnético, y también que la luz está compuesta de ondas electromagnéticas.

Los trabajos, más o menos teóricos, de Maxwell y sus predecesores, allanaron el camino a otros físicos que buscaban aplicaciones prácticas a todos esos descubrimientos sobre electromagnetismo. En este sentido, podemos considerar al físico alemán Heinrich Hertz (1857-1894), como el primero en demostrar que la electricidad podía transmitirse y propagarse a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas. Sus experimentos le llevaron a descubrir la telegrafía sin hilos. En su honor, se denominó hercio a la unidad de frecuencia, cuyo símbolo es Hz (el hercio es sinónimo de “ciclo”, pero aplicado a la frecuencia eléctrica).

Otro físico e inventor de origen italiano, Guglielmo Marconi (1874-1937), se interesó por los experimentos de Hertz e investigó sobre las posibilidades de sus descubrimientos para enviar información a distancia sin necesidad de utilizar hilos. En realidad, ya existían sistemas de comunicaciones telegráficas, pero mediante cables que eran tendidos entre estaciones intervenidas por operadores telegrafistas (el código Morse, ideado por el estadounidense Samuel F. B. Morse, ya se utilizaba desde 1844, año en que transmitió su primer mensaje telegráfico); el término tan utilizado en otros tiempos “enviar un cable” es un sinónimo de “enviar un telegrama”, y tiene su origen en la telegrafía por hilo o “cable” eléctrico.

Volviendo con Marconi tras este inciso, finalmente tras algunos pequeños éxitos locales consiguió en 1903 unir radiotelegráficamente Europa y América. Sus experiencias abrían un futuro prometedor para la incipiente radiotelegrafía, y sería el preludio de un insospechado éxito para la radiodifusión y radiocomunicación a nivel mundial. Hoy en día, la radio comercial especializada y de noticias, la televisión, las radiocomunicaciones terrestres y espaciales o la telefonía móvil, forman parte de nuestra vida cotidiana; todo ello se lo debemos a precursores inventores o teóricos, como Hertz, Marconi, Maxwel, Faraday y Oersted.

RANGO

Las ondas de radio tienen longitudes que van de tan sólo unos cuantos milímetros (décimas de pulgadas), y pueden llegar a ser tan extensas que alcanzan cientos de kilómetros (cientos de millas). En comparación, la luz visible tiene longitudes de onda en el rango de 400 a 700 nanómetros, aproximadamente 5 000 menos que la longitud de onda de las ondas de radio. Las ondas de radio oscilan en frecuencias entre unos cuantos kilohertz (kHz o miles de hertz) y unos cuantos terahertz (THz or 1012 hertz)

3. MICROONDAS

Las microondas son ondas electromagnéticas con longitud de onda mayores que el infrarrojo, pero menores que las ondas de radio. Las microondas tienen longitud de onda aproximadamente en el rango de 30 cm (frecuencia = 1GHz) a 1 mm (300 GHz). También se incluye el rango de 1 GHz a 1000 GHz, aunque la mayoría de las aplicaciones van de 1 a 40 GHz.

Las microondas interaccionan principalmente con los movimientos de rotación de moléculas gaseosas y con movimientos moleculares rotacionales en líquidos y sólidos. En esto se basa la capacidad de hornos de microondas para calentar los alimentos, pues el agua que contienen absorbe la energía de microondas y se calienta. La atmósfera terrestre es muy buena como absorbedor de radiación entre

300 GHz hasta 3000 GHz, debido a los gases atmosféricos, principalmente el vapor de agua. Las microondas son reflejadas por los metales; esto es útil para las antenas utilizadas en transmisiones vía microondas y en los tubos guía rectangulares utilizados para guiar las microondas. Las microondas pueden penetrar materiales no conductores: ropa, papel, cartón, madera, plástico, cerámica. Puede penetrar neblina y nubes, pero no puede penetrar metales o el agua.

3. RAYOS INFRARROJOS

El infrarrojo (IR) es radiación electromagnética de una longitud de onda mayor que la luz visible, pero menor que microondas. El nombre indica que está “por debajo” del rojo, que es el color visible de mayor longitud de onda. El IR se extiende desde 700 nm a 1 mm (1000 μm). La zona de IR del espectro no se puede ver, pero si se puede detectar. El IR frecuentemente se subdivide en cuatro regiones: a) Infrarrojo cercano (NIR, 780 -3000 nm); b) Infrarrojo medio (MWIR, 3000-6000 nm); c) Infrarrojo lejano (LWIR, 6000- 15000 nm); d) Extremo infrarrojo (0,015 -1,0 mm).

Los objetos que generan calor también generan radiación infrarroja y estos objetos incluyen animales y el cuerpo humano, cuya emisión es fuerte a 9,4 μm. IR no pasa a través de muchos materiales que son transparentes en el visible como el vidrio, el agua o el plástico y algunos materiales opacos al visible son más transparentes en el IR como el germanio y silicio. Un cuerpo caliente emite radiación como un cuerpo negro. Max Plank propuso que el cuerpo emite radiación no en forma de ondas continuas, sino en pequeñas porciones llamadas cuanta o paquetes de ondas, la suma de muchos paquetes daría una onda.

ORÍGEN

El famoso astrónomo Willian Herschel, quien descubrió también el primer planeta desde la Edad Antigua (Urano) y estudió las manchas solares, fue el primero en descubrir una forma de luz diferente de la luz visible (u óptica). En un experimento realizado en 1800, Herschel empleó un prisma de vidrio para dispersar la luz del Sol en un arcoíris. A continuación midió la temperatura de cada color de la luz visible y anotó las diferencias. Para su sorpresa encontró que cuando colocaba el termómetro más allá del rojo, en una región donde aparentemente no había luz, el termómetro indicaba una temperatura alta, como si hubiera radiación incidiendo en esa zona, lo que a simple vista no era posible detectar. Así fue como se descubrió la radiación térmica, que ahora se conoce como radiación infrarroja, donde el prefijo "infra" significa "por debajo."

4. ESPECTRO VISIBLE

Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm

El espectro visible es una porción pequeña del espectro electromagnético. Cualquier energía producida en esta estrecha banda producirá la sensación de visión cuando estimula el ojo humano normal. La Tabla siguiente muestra los rangos de longitud de onda (en nm) para los diferentes colores

Cada banda o parte del espectro visible produce una sensación de color diferente. La división entre colores no es fina sino una transición gradual de uno al otro

5. RAYOS ULTRAVIOLETA

La radiación UV es una parte de la energía radiante (o energía de radiación) del sol, se transmite en forma de ondas electromagnéticas en cantidad casi constante (constante solar), su longitud de onda fluctúa entre 100 y 400 nm y constituye la porción más energética del espectro electromagnético que incide sobre la superficie.

Se dividen en tres tipos en función de su longitud de onda. Cuanto mayor sea ésta, menos energía tendrá, y viceversa.

La radiación ultravioleta (UV) (que significa “más allá del violeta”), la luz visible (Vis) y el infrarrojo (IR) forman parte de la región óptica del espectro electromagnético. El UV tiene longitud de onda menor que la región visible, pero mayor que los rayos X suaves. El UV se subdivide en UV cercano (370- 200 nm de longitud de onda) y UV extremo ó del vacío (200- 10 nm). Al considerar los efectos de la radiación UV en la salud humana y el medio ambiente, el UV frecuentemente se subdivide en UVA (380-315 nm), también llamado de Onda Larga ó “luz negra” (invisible al ojo), UVB (315-280 nm), también llamado Onda Media y UVC (< 280 nm), también llamado de Onda Corta ó “germicida”. Algunos animales, incluyendo pájaros, reptiles e insectos como las abejas, pueden ver en el UV cercano.

6. RAYOS X

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30000 P Hz  (de 50 a 5000 veces la frecuencia de la luz visible).

Los rayos X (o rayos Rıntgen en honor a su descubridor) es otra región del espectro electromagnético cuya longitud de onda (λ) está en el rango de 10 nanometros a 100 picometros (10-8 a 10-11 cm) y energías entre 200 y 100000 eV. Es una forma de radiación ionizante, por lo que puede ser peligrosa. Rayos X con longitud de onda mayor que 0.1 nm se llaman rayos X suaves. A longitudes de onda menores se llaman rayos X duros. Estos rayos X duros se solapan con los rayos γ de baja energía. La distinción entre los dos rayos depende es de la fuente de radiación y no de la longitud de onda: los rayos X son generados por procesos electrónicos energéticos y los rayos γ por transiciones en los núcleos atómicos

7. RAYOS GAMMA

La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto constituida por fotones, producida generalmente por elementos radiactivos o por procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. También se genera en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo cual se usan para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La energía de esta naturaleza se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un MeV corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10-11 m o a frecuencias superiores a 1019 Hz.

Los rayos gamma se producen por desexcitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menor energía y por desintegración de isótopos radiactivos. Se diferencian de los rayos X en su origen. Éstos se generan a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente a la radiactividad se le vincula con la energía nuclear y con los reactores nucleares.

La primera fuente de rayos gamma descubierta históricamente fue el proceso del decaimiento radiactivo llamado decaimiento gamma. En este tipo de desintegración, un núcleo excitado emite un rayo gamma casi inmediatamente después de su formación (esto ahora se entiende como una transición isomérica nuclear, aunque también puede producirse la desintegración gamma inhibida con un medible y mucho más tiempo medio de vida). Paul Villard, un químico y físico francés, descubrió la radiación gamma en 1900, mientras estudiaba la radiación emitida por el radio. Villard sabía que su radiación era más potente que los tipos de radiación descritos anteriormente de los rayos de radio, como los rayos beta, observados por primera vez como "radiactividad" porHenri Becquerel en 1896, y los rayos alfa, descubiertos como una forma menos penetrante de la radiación por Rutherford, en 1899. Sin embargo, Villard no consideró al nombrarlos que fueran un tipo fundamental diferente.1 2 La radiación de Villard fue reconocida en 1903 por Ernest Rutherford como un tipo fundamentalmente diferente de rayos, siendo además quien los nombró como «rayos gamma», por analogía con los rayos alfa y beta que él mismo había diferenciado en 1899.3 Los rayos emitidos por los elementos radiactivos fueron nombrados en función del poder de penetrar diversos materiales, utilizando las tres primeras letras del alfabeto griego: rayos alfa, los menos penetrantes, seguido de los rayos beta y los rayos gamma, los más penetrantes