Absorción de radiación electromagnética

Espectro electromagnético

Uno de los primeros experimentos científicos que podrías haber hecho en la escuela fue hacer brillar la luz a través de un prisma y verlo crear un arco iris. Aprendiste que la luz blanca que vemos se compone de muchos colores. Continuaría aprendiendo que esos colores están organizados juntos en el espectro de luz visible.

Un arco iris se crea pasando luz blanca a través de un prisma.

El espectro de luz visible en sí mismo es solo una pequeña parte de un espectro más grande llamado espectro de radiación electromagnética . Este espectro organiza la radiación electromagnética, como la luz visible, por longitud de onda y frecuencia. Incluso si nunca ha visto el espectro de radiación electromagnética, probablemente esté familiarizado con muchos de los tipos de radiación electromagnética que contiene. Junto con la luz visible, el espectro contiene las microondas que usamos para cocinar alimentos, la radiación infrarroja que se usa en las imágenes térmicas y los rayos X que usan los médicos para obtener imágenes de sus huesos, entre otros.

Esta lista da los tipos de radiación en el espectro de radiación electromagnética. El número debajo de cada tipo de radiación es su rango de longitud de onda en metros.

Cuando la radiación electromagnética golpea un objeto, pueden ocurrir tres interacciones diferentes. La radiación electromagnética puede transmitirse a través del objeto como la luz a través de una ventana, puede reflejarse en el objeto como la luz que rebota en un espejo o puede ser absorbida por el objeto. En esta lección, nos centraremos en cómo funciona la absorción de la radiación electromagnética y algunos de los efectos que causa la absorción.

Absorción de radiación electromagnética

Entonces, ¿cómo se absorbe la radiación electromagnética? La radiación electromagnética viaja en paquetes de ondas conocidos como fotones que consisten en la propagación de campos eléctricos y magnéticos. Estos fotones se someten a absorción cuando transfieren energía a los átomos dentro de una sustancia que golpean en lugar de transmitirla o reflejarse en ella.

Esta es una representación visual de campos eléctricos ( E ) y magnéticos ( B ) como los que tendrías en un fotón.

Una sustancia que absorbe radiación electromagnética no la absorbe en todas las energías, sino que solo absorbe fotones con ciertos niveles de energía determinados por su composición. La energía ( E ) se puede relacionar con la longitud de onda ( λ ) de la radiación electromagnética a través de la frecuencia ( ν ) combinando las dos ecuaciones siguientes.

Dado que la constante de Planck ( h ) y la velocidad de la luz en el vacío ( c ) son constantes, la ecuación combinada final nos dice que al seleccionar qué fotones son absorbidos por su nivel de energía, una sustancia solo absorbe ciertas longitudes de onda de radiación electromagnética. Por ejemplo, es posible que en algún momento hayas aprendido cómo vemos el color. Los colores que vemos en algo son esas longitudes de onda del espectro de luz visible que se refleja en él, y los colores que no vemos son las longitudes de onda de la luz visible que se absorben.

Cuando se absorbe la radiación electromagnética, un efecto común es la generación de calor. Por eso, por ejemplo, el asfalto de la carretera puede calentarse tanto en un día caluroso de verano. Sin embargo, este no es el único efecto posible de absorber radiación electromagnética. Los efectos dependen tanto del tipo de radiación electromagnética que se absorbe como de la sustancia que la absorbe. Podemos ver un ejemplo de esto al observar la relación entre la absorción atmosférica y la absorción tisular de la radiación electromagnética.

Absorción Atmosférica

La luz de nuestro Sol y las estrellas en el cielo nocturno se abre paso constantemente a través del espacio hacia la Tierra. Sin embargo, la luz visible no es el único tipo de radiación electromagnética que impacta la Tierra desde el espacio. La radiación electromagnética en todo el espectro, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, golpea incesantemente la Tierra todo el tiempo.

A pesar de que esta radiación electromagnética golpea constantemente la Tierra, una gran parte de ella no llega hasta nosotros en la superficie del planeta. Gran parte de la radiación electromagnética es absorbida por la atmósfera, con la excepción de las ondas de radio, las microondas y la luz visible.

Mientras que la radiación infrarroja y ultravioleta son absorbidas principalmente por la atmósfera, también son capaces de penetrar en la atmósfera en algunas longitudes de onda. Es por eso que usa protector solar para protegerse de las quemaduras solares causadas por la radiación ultravioleta a pesar de que es absorbida por la atmósfera.

Absorción de tejidos

Es muy beneficioso para nosotros que gran parte del espectro de radiación electromagnética sea absorbido por la atmósfera. Algunos tipos de radiación electromagnética tienen efectos muy perjudiciales sobre el tejido humano. Los tipos de radiación electromagnética que son más peligrosos para los tejidos se conocen como radiación ionizante. La radiación ionizante es una radiación con niveles de energía lo suficientemente altos como para eliminar los electrones de los átomos, y abarca la radiación ultravioleta a través de los rayos gamma.

Diagrama del espectro de radiación electromagnética que muestra qué tipos de radiación son ionizantes y no ionizantes.

La radiación ionizante es capaz de dañar e incluso matar las células cuando es absorbida por los tejidos. Esto puede provocar enfermedades, cáncer e incluso la muerte, dependiendo de la cantidad que ingiera. Si la atmósfera no absorbiera la radiación ionizante, la humanidad no podría sobrevivir en la Tierra.

Resumen de la lección

La luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos gamma y las ondas de radio son todos ejemplos de radiación electromagnética. Están organizados por longitud de onda y frecuencia junto con el resto de tipos de radiación electromagnética del espectro de radiación electromagnética . La radiación electromagnética se compone de paquetes de ondas conocidos como fotones que consisten en la propagación de ondas eléctricas y magnéticas.

Cuando estos fotones golpean una sustancia, pueden transmitirse a través de ella, reflejarse o absorberse en ella. La absorción de un fotón ocurre cuando transfiere su energía a los átomos dentro de una sustancia que llama la atención. Las sustancias solo absorben radiación electromagnética con ciertos niveles de energía ( E ) determinados por la composición de la sustancia. Otra forma de representar esto es que las sustancias solo absorben radiación electromagnética de longitudes de onda predeterminadas ( λ ) ya que la longitud de onda se puede relacionar con la energía a través de la siguiente ecuación, donde la constante de Planck ( h ) y la velocidad de la luz en el vacío ( c ) son constantes.

Cuando la radiación electromagnética es absorbida por una sustancia, un efecto común es la generación de calor, pero pueden ocurrir diferentes efectos según el tipo de radiación electromagnética y la sustancia absorbente. Por ejemplo, cuando la radiación electromagnética con suficiente energía para eliminar los electrones de los átomos, conocida como radiación ionizante , entra en contacto con el tejido humano, puede dañar o matar células. Esto puede causar enfermedad, cáncer o incluso la muerte. Afortunadamente para nosotros, la mayoría de estos tipos de radiación electromagnética de alta energía son absorbidos por la atmósfera antes de llegar a la superficie del planeta.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador