¿Qué es una onda electromagnética?
Una onda electromagnética es una onda periódica que propaga variaciones en los campos magnéticos y eléctricos.
La noción de “campo” sólo se aborda en la primera clase de especialidad, pero podemos limitarnos aquí a admitir que los campos eléctricos y magnéticos son propiedades físicas del espacio en relación con las interacciones eléctricas y magnéticas.
No es una onda mecánica, este tipo de onda no necesita un medio material para propagarse (pueden atravesar espacios interplanetarios, interestelares e intergalácticos)
Características de una onda electromagnética
Como todas las ondas periódicas se caracteriza por:
- Su periodo T (poco utilizado)
- Su frecuencia ν
- Su longitud de onda λ
- Su amplitud (prefiero utilizar la noción de intensidad luminosa I)
- Su celeridad c
Estas cantidades están vinculadas entre sí por las relaciones habituales:
- La frecuencia es la inversa del periodo: ν = 1 / T
- El periodo es, por tanto, el inverso de la frecuencia: T = 1/ν
- La longitud de onda es la distancia que recorre la onda durante la duración de un periodo, de ahí la relación λ= c.T, pero también puede expresarse en función de la frecuencia λ= c/ν.
Los diferentes tipos de ondas electromagnéticas
Las propiedades de las ondas electromagnéticas, su percepción, sus interacciones con la materia, su propagación en distintos medios y sus aplicaciones prácticas dependen del valor de su longitud de onda (y, por tanto, también de su frecuencia y su periodo).
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Longitud de onda en el vacío |
Frecuencia |
Categoría de ondas electromagnéticas |
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1m – 100 000 km |
3 Hz – 300 Mhz 3 Hz – 3,00.108 Hz |
Ondas de radio |
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1 mm – 1m |
300 MHz- 300 GHz 3,00.108 Hz – 3,00.1011Hz |
Microondas |
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780 nm – 1 mm 7,80.10-7 m – 10–3 m |
300 GHz – 385 THz 3,00.1011Hz – 3,85.1014Hz |
Infrarrojos |
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380 nm – 780 nm 3,80.10-7m – 7,80.10-7m |
385 THz – 790 THz 3,85.1014Hz – 7,90.1014Hz |
Luz visible |
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10 nm – 380 nm 10-8m – 3,8.10-7 m |
790 THz – 30 PHz 7,90.1014Hz – 3,0. 1016Hz |
Ultravioleta |
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10 pm – 10 nm 10-12 m -10-8m |
30 PHz – 30 Ehz 3,0. 1016Hz – 3,0. 1019Hz |
Rayos X |
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λ < à 10 pm (10-11 m) |
ν > 30 EHZ ν > 3,0. 1019Hz |
Rayos Gamma |
Propagación de una onda electromagnética en el vacío
Las ondas electromagnéticas no necesitan un soporte material para existir y pueden propagarse en el vacío.
Sea cual sea su frecuencia, se propagan a la misma velocidad que la luz visible, es decir, con una velocidad
c = 299 792 458 m/s
o aproximadamente c = 3.00.108m/s o 3.00.105 km/s
Propagación de una onda electromagnética en la materia
Las ondas electromagnéticas pueden propagarse en ciertos medios materiales y no en otros. Dependiendo de su frecuencia, un material puede ser
- Transparente (posibilidad de propagación)
- Opaco (no hay propagación, las ondas son totalmente absorbidas, difundidas o reflejadas)
En un medio transparente, la celeridad es variable, depende de la naturaleza química del medio pero también de parámetros físicos como la temperatura, la presión, la densidad…. Cada medio transparente se caracteriza por su índice de refracción “n”, que a veces depende de la frecuencia, y que permite expresar la velocidad en el medio: cmilieu = cvide/n
La energía de una onda electromagnética
Como todas las ondas, las electromagnéticas propagan energía, que depende de la frecuencia:
Cuanto más alta es la frecuencia, más energía se propaga
Como λ= c/ν, cuanto más corta sea la longitud de onda, mayor será la energía. Por tanto, la radiación más energética del espectro electromagnético son los rayos gamma, mientras que la menos energética son las ondas de radio.
En el espectro visible, podemos decir que la luz violeta es más energética que la roja.
Emisión y absorción de una onda electromagnética
La emisión o absorción de ondas electromagnéticas por parte de la materia es posible durante las transiciones entre diferentes “niveles de energía”:
La transición a un nivel energético inferior permite liberar energía y, por tanto, emitir una onda electromagnética
La transición a un nivel de energía superior requiere una ganancia de energía y, por tanto, la absorción de una onda electromagnética.
Aspecto corpuscular
Las ondas electromagnéticas pueden considerarse, en determinadas condiciones, como un flujo de partículas (corpúsculos) llamadas fotones. La noción de “fotón” permite interpretar esta característica de la Luz y, en particular, los intercambios de energía que puede operar con la materia.