Luz como un espectro
Anteriormente aprendimos mucho sobre la estructura y la naturaleza de las ondas. Sabemos que las ondas transportan energía de un lugar a otro y que perturban su medio de forma periódica. Las ondas se describen y miden mediante parámetros como amplitud, frecuencia y longitud de onda. Podemos ver ondas en el agua y escuchar ondas como sonido, pero aún no hemos hablado de las ondas que percibimos como luz. La luz visible es solo una pequeña parte de un grupo de ondas que llamamos ondas electromagnéticas. Para aprender más sobre la luz, primero tendremos que comprender el espectro electromagnético .
Ondas electromagnéticas
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El espectro electromagnético describe una amplia gama de ondas electromagnéticas diferentes . También llamadas ondas EM, son un tipo especial de onda que puede viajar sin un medio. A diferencia de las ondas sonoras y las ondas de agua, las ondas electromagnéticas no necesitan un fluido, un sólido o incluso aire para viajar de un lugar a otro. Las ondas electromagnéticas pueden viajar a través del gran vacío del espacio, razón por la cual vemos la luz de estrellas y planetas distantes.
Las ondas electromagnéticas reciben su nombre por el hecho de que tienen un componente tanto eléctrico como magnético. Comienzan cuando las partículas cargadas, como los electrones, vibran debido a las diversas fuerzas que actúan sobre ellas. La vibración de las partículas cargadas da como resultado una emisión de energía conocida como radiación electromagnética. Las ondas EM se propagan hacia afuera desde la fuente. Al igual que las ondas transversales regulares, las oscilaciones de las ondas EM son perpendiculares a la dirección del viaje de la onda. Pero, las ondas EM son más complicadas; el componente eléctrico oscila en un plano, mientras que el componente magnético oscila en un plano diferente. En el vacío, las ondas electromagnéticas siempre viajan a la misma velocidad, la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 300 millones de metros por segundo. A este valor lo llamamos la velocidad de la luz, pero en realidad cuenta como la velocidad normal para todas las ondas EM.
Entonces, ¿cuáles son las otras ondas EM además de la luz? Las ondas electromagnéticas incluyen infrarrojas, ultravioleta, ondas de radio y microondas. También incluyen rayos X y rayos gamma. Probablemente hayas oído hablar de todas estas ondas antes, pero es posible que no hayas visto cómo se relacionan con la luz visible. Echemos un vistazo a cómo encajan estos siete grupos de ondas en el espectro electromagnético .
El espectro electromagnético
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El espectro EM es el rango de todas las posibles frecuencias de ondas electromagnéticas. En un extremo del espectro se encuentran las ondas con las frecuencias más bajas. En el otro extremo están las ondas de frecuencia más alta. El espectro se divide en regiones que definen cada uno de los diferentes tipos de ondas. En las frecuencias más bajas, tenemos ondas de radio. Luego, a medida que aumentamos la frecuencia, nos encontramos con las microondas, la radiación infrarroja y las ondas de luz visible. Avanzando en el espectro, tenemos radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Los rayos gamma tienen las frecuencias más altas de todas las ondas EM.
Las ondas electromagnéticas también se pueden distinguir por su longitud de onda. Las longitudes de onda de las ondas EM se pueden encontrar dividiendo la velocidad de la luz por la frecuencia de la onda; esta es una modificación de la ecuación de onda. Dado que todas las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, el espectro de longitudes de onda es exactamente opuesto al espectro de frecuencias. En otras palabras, la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales entre sí. Podemos ver nuestro espectro electromagnético no solo en términos de frecuencias crecientes sino también en términos de longitudes de onda decrecientes. A medida que aumentan las frecuencias en el espectro EM, las longitudes de onda disminuyen. Entonces, eso significa que las ondas de radio tienen las longitudes de onda más grandes y los rayos gamma las más pequeñas.
Para ayudarlo a asociar estas relaciones en todo el espectro, intente imaginar una onda continua con cambios graduales en todas partes. La onda comienza con arcos muy amplios, que indican las grandes longitudes de onda y las bajas frecuencias de las ondas de radio. A medida que la onda se mueve a lo largo del espectro, las crestas y los valles se acercan. Al final, los arcos están tan juntos que apenas puedes ver entre ellos. Esto representa las altas frecuencias y las pequeñas longitudes de onda de nuestros rayos gamma al final del espectro.
Fuentes de radiación EM
Las ondas electromagnéticas son cosas difíciles de imaginar. Quiero decir, no es como si realmente pudiéramos verlos o sentirlos, como podemos hacer agua y ondas sonoras. ¿De dónde proviene la radiación electromagnética? Ya dijimos que se origina a partir de la vibración de partículas cargadas, pero ¿qué significa eso realmente? ¿Cuáles son las fuentes de esas partículas cargadas?
La radiación en el rango de luz visible proviene principalmente del sol. Las bombillas, las llamas ardientes y ciertos animales también pueden ser fuentes de luz visible. Los infrarrojos irradian del sol y otras cosas cálidas, como personas, aparatos eléctricos y galaxias distantes. La mayoría de las microondas que conocemos provienen de dispositivos que hemos inventado para generarlas, pero hay microondas provenientes del sol y del universo en general. Las estrellas y los relámpagos son fuentes naturales de ondas de radio, pero también las produce la antena de un transmisor de radio.
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En el otro lado del espectro, tenemos la radiación ultravioleta, que es emitida por luces negras y lámparas fluorescentes. Por supuesto, la principal fuente de rayos ultravioleta es el sol, que también es una fuente importante de rayos X. Tanto los rayos X como los rayos gamma pueden producirse mediante máquinas que se utilizan en imágenes de diagnóstico, pero los rayos gamma provienen naturalmente de la descomposición de los radioisótopos. Puede ver que, en general, todas las ondas electromagnéticas son emitidas por objetos en el espacio y todas pueden ser producidas por nuestra tecnología. Sin embargo, al final del día, la banda estrecha de luz visible sigue siendo la única región del espectro que realmente podemos ver.
Resumen de la lección
Las ondas EM se originan a partir de la vibración de partículas cargadas y, a diferencia de otras ondas, pueden viajar sin un medio. La amplia gama de frecuencias de las ondas EM se describe mediante el espectro electromagnético. El espectro se extiende desde las ondas de radio de frecuencia más baja hasta los rayos gamma de frecuencia más alta. También podemos describir el espectro EM en términos de longitudes de onda relativas: el tamaño de la longitud de onda disminuye continuamente de ondas de radio a rayos gamma.
Los diferentes tipos de ondas se originan en diferentes fuentes, pero la mayoría de ellas son emitidas por objetos que se encuentran en el espacio exterior. Los seres humanos han desarrollado una amplia gama de tecnología para producir ondas electromagnéticas. Estas máquinas se utilizan en medicina, comunicación y conveniencia general.
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección, podrá:
- Describe que son las ondas
- Explicar en qué se diferencian las ondas electromagnéticas de otros tipos de ondas.
- Enumere los siete grupos de ondas que se encuentran en el espectro electromagnético
- Describir las características de las ondas EM y comprender cómo se forman.
- Resumir las características de las ondas en diferentes puntos del espectro electromagnético.
- Explicar la relación entre la longitud de onda y la frecuencia.
- Sepa cómo calcular la longitud de onda de una onda EM
- Identificar las fuentes naturales y artificiales de los diferentes tipos de ondas electromagnéticas.
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