Demostrar que existe energía electromagnética
No puedo decirles cuánta más satisfacción me da obtener conocimiento para mí y para los demás directamente de la naturaleza, en lugar de simplemente aprender de los demás y solo para mí. -Heinrich Hertz
El físico alemán Heinrich Hertz era el tipo de niño que siempre estaba jugando y probando diferentes experimentos en casa. Cuando era adolescente, incluso construyó su propio espectroscopio, un instrumento utilizado para medir la luz. No es sorprendente entonces que, como profesor de física en la Universidad de Bonn, Hertz comenzara a realizar experimentos para ver cómo se comportan las chispas eléctricas.
Cuando creó una chispa entre dos conductores, Hertz observó cómo se materializaba otro conjunto de chispas al mismo tiempo y pronto comenzó a medir estas ‘chispas laterales’. Pudo demostrar que el segundo conjunto de chispas era energía electromagnética , confirmando lo que otros científicos solo habían teorizado.
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Ondas electromagnéticas
Los experimentos de Hertz sobre energía electromagnética revelaron mucho sobre cómo se mueve este tipo de energía. La energía electromagnética (EM) viaja en línea recta en ondas invisibles que pueden doblarse alrededor de un objeto y enfocarse en un solo punto como la luz, lo cual tiene sentido, porque la luz visible es un tipo de energía electromagnética.
Las ondas EM son ondas transversales , o en forma de S, con una curva superior llamada cresta y una curva inferior llamada valle . Medimos una onda por su longitud de onda , o la distancia entre el pico de una cresta y el pico de la siguiente. Una longitud de onda también se llama ciclo .
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Hertz: el número de ondas por segundo
También medimos el número de ciclos (longitudes de onda) por segundo para determinar la frecuencia de una onda , y esto también nos da una idea sobre el nivel de energía que se transmite. La frecuencia se mide por una unidad llamada hercios (Hz), nombrada en honor a Heinrich Hertz.
Hertz y el espectro electromagnético
Organizamos la energía electromagnética en función de la frecuencia de onda en un espectro electromagnético . Cuanto mayor es la frecuencia, más poderosa es la energía que emiten las ondas electromagnéticas. El espectro está organizado en siete bandas, que van desde las ondas lentas que descubrió Hertz por primera vez, que ahora llamamos ondas de radio (baja frecuencia), hasta los muy potentes rayos gamma emitidos durante explosiones nucleares en el otro extremo (alta frecuencia).
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Las ondas electromagnéticas más débiles, las ondas de radio, tienen una frecuencia de 30.000 Hz, y solo se vuelven más rápidas y más fuertes a medida que avanza a lo largo del espectro, hasta los 3.000 millones de Hz. Dado que es difícil realizar un seguimiento de números tan grandes, utilizamos kilohercios (kHz), que es la unidad que representa 1000 hercios. Al igual que usamos kilómetros para medir distancias más largas, 30.000 Hz se convierten en los menos torpes 30 kHz. Además de los kilohercios, las ondas de radio también se miden en megahercios , o millones de ondas por segundo. Las ondas más fuertes en la banda de ondas de radio del espectro EM miden tan rápido como 3 gigahercios (GHz), que significa 3 mil millones de hercios.
La siguiente sección del espectro, las microondas, tiene frecuencias que van desde 300 MHz a 300 GHz. (Si nota alguna superposición entre las frecuencias de las ondas de radio y las microondas, es porque no hay líneas rígidas que separen las diferentes bandas; piense en ellas como pautas, no como reglas).
La luz infrarroja, como la que se usa en las gafas de visión nocturna y en el control remoto de su televisor, se mide en tetrahercios (THz), billones de hercios y petahercios (PHz), que son cuatrillones de hercios. Para aquellos de ustedes que llevan un registro en casa, un cuatrillón se ve así: 1,000,000,000,000,000. Tener una abreviatura para una gran cantidad de hercios tiene sentido.
La luz visible, el único tipo de energía electromagnética que podemos ver con nuestros ojos, también se mide en petahercios. Dado que las últimas tres bandas del espectro, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, son incluso más poderosas que la luz visible, solo diremos que el número de ceros necesarios para registrar sus hercios sigue subiendo y subiendo. Después de un tiempo, comenzamos a pensar en estas frecuencias muy altas como «rayos», en lugar de ondas.
El legado de Hertz
En 1930, treinta y seis años después de la muerte de Hertz en 1894, la comunidad científica internacional convirtió al hertz en la unidad oficial de frecuencia. Debido a la herencia judía de Hertz, los nazis intentaron cambiar el nombre de la unidad de hertz a helmholtz, en honor al profesor de Hertz, Hermann von Helmholtz. Sin embargo, el nombre siguió siendo hertz, y Hertz se recuerda en silencio cada vez que medimos la frecuencia de las ondas electromagnéticas. Sus contribuciones a la física allanaron el camino para todo tipo de tecnología que usamos hoy, desde radios hasta el descubrimiento de rayos X.
Los resultados del aprendizaje
Cuando haya terminado, debería poder:
- Resuma el interés y los hallazgos de Hertz relacionados con la energía electromagnética
- Describe las ondas EM
- Recuerde la unidad utilizada para medir la frecuencia de una onda.
- Discutir los componentes del espectro electromagnético.
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