*ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

INTRODUCCION

El espectro electromagnético es la distribución energética del conjunto de las ondas

electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente

espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de

absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a

una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de

permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la

frecuencia y la intensidad de la radiación1.

CONCEPTOS BÁSICOS

Frecuencia

La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número

determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puede observar en la siguiente

ilustración2:

A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por segundo. B.- Onda senoidal de 10 ciclos o hertz por segundo.

La frecuencia de esas ondas del espectro electromagnético se representan con la letra ( f ) y su

unidad de medida es el ciclo o hertz (Hz) por segundo.

1

Longitud de Onda

Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro

electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. La distancia horizontal

existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o también el doble de la distancia

existente entre un nodo y otro de la onda electromagnética, medida en múltiplos o submúltiplos del

metro (m), constituye lo que se denomina “longitud de onda”.

P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del

espectro. electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o

disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece

positivamente por encima del valor "0".

V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal del

espectro. electromagnético, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”. .

El valor de los valles. aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia

onda crece o decrece negativamente por. debajo del valor "0".

T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles

por un mismo. punto.

N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.

La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa por medio de la letra griega

lambda y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula matemática:

2

De donde:

= Longitud de onda en metros.

c = Velocidad de la luz en el vacío (300 000 Km./seg.).

f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).

ANTECEDENTES

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ESPECTRO DE EMISION Y ABSORCION

Espectro de emisión: Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones

emitidas por un cuerpo previamente excitado. Pueden ser continuos ó discontinuos.

Los espectros de emisión continuos se obtienen al pasar las radiaciones de

cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la misma

Temperatura producen espectros de emisión iguales.

Espectro continúo de la luz blanca

3

Los espectros de emisión discontinuos se obtienen al pasar la luz de vapor o gas

excitado. Las radiaciones emitidas son características de los átomos excitados.4

Espectro de emisión de vapores de Li

Espectro de absorción: Son los espectros resultantes de intercalar una determinada

sustancia entre una fuente de luz y un prisma. Pueden ser continuos ó discontinuos

Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el

foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color

azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.

Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas

entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la

misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.

Espectro de absorción de vapores de Li

Se cumple así la llamada ley de Kirchhoff, que dice: Todo cuerpo absorbe las

mismas radiaciones que es capaz de emitir.

4

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Las ondas electromagnéticas cubren una amplia gama de frecuencias o de longitudes de ondas y

pueden clasificarse según su principal fuente de producción. La clasificación no tiene límites

precisos5.

Región del espectro Intervalo de frecuencias (Hz)

Radio-microondas 0-3.0·1012

Infrarrojo 3.0·1012-4.6·1014

Luz visible 4.6·1014-7.5·1014

Ultravioleta 7.5·1014-6.0·1016

Rayos X 6.0·1016-1.0·1020

Radiación gamma 1.0·1020-….

El espectro electromagnético se puede organizar de acuerdo con la frecuencia correspondiente de

las ondas que lo integran, o de acuerdo con sus longitudes. Hacia un extremo del espectro se

agrupan las ondas más largas, como las correspondientes a frecuencias de sonidos que puede

percibir el oído humano, mientras que en el otro extremo se agrupan las ondas extremadamente más

cortas, pero con mayor energía y mayor frecuencia en hertz, como las pertenecientes a las

radiaciones gamma y los rayos cósmicos.

En la siguiente ilustración se puede observar la distribución de las ondas dentro del espectro

electromagnético5.

5

CARACTERÍSTICAS DE LAS DISTINTAS REGIONES DEL ESPECTRO

Radiofrecuencia

En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:

Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son

aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas

frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído

humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no

electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor

comparación.

Frecuencias superbajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en

el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de

frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico.

Frecuencias ultrabajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300

a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor

parte de la voz humana.

Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aquí las

frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones

gubernamentales y militares.

Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz.

Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación

aeronáutica y marina.

Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz.

Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz).

Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30

MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene

una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones

gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda

civil también ocurren en esta parte del espectro.

Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango

popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y

aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2

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al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hay varias bandas de

radioaficionados en este rango.

Frecuencias ultraaltas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz,

incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR

(Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra,

en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.

Frecuencias superaltas: SHF, Super High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y

son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres.

Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy

corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en

radares basados en UWB.

Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de

30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos

y costosos, por lo que no están muy difundidos aún1.

Microondas

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Infrarrojo

La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromganética. La "luz" infrarroja tiene una

longitud de onda más larga que la luz visible. La luz roja tiene una longitud de onda más larga que

la de los demás colores de la luz; la luz infrarroja tiene una longitud de onda aún mayor que la roja,

de manera que la luz infrarroja es una especie de luz "más roja que roja" o luz "más allá del color

rojo". La radiación infrarroja no se puede ver pero algunas veces la podemos sentir en forma de

calor. Se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio del espectro electromagnético. La

radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas entre 1 milímetro y 750 nanometros. La longitud

de onda de la luz roja tiene 700 nanómetros (o 7 000 Å). La radiación infrarroja oscila con

frecuencias entre 300 gigahertz (GHz ó 109 hertz) y 400 terahertz (THz ó 1012 hertz).

El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm longitud de onda),

infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo (2 500 a 750 nm longitud de

onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes de onda entre 100 y 1 000 µm, es algunas

veces conocida como infrarrojo extremo. Las fronteras no siempre son obvias, y las diferencias

entre la IR extrema y las frecuencias de radio de microondas son poco obvias.

Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja.Los lentes de visión nocturna, así como el control

remoto de una TV usan "luz" infrarroja para poder funcionar.6

Luz Visible

Nuestros ojos son detectores evolucionados para captar ondas de luz visible aunque existen muchos

otros tipos de radiación que no podemos percibir. De hecho, solo podemos captar una parte mínima

de la gama de radiaciones del espectro electromagnético que incluye, además de la radiación

visible, los rayos gama, los rayos X, los rayos ultravioletas, los rayos infrarrojos, las microondas y

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las ondas de radio. A medida que pasamos de los rayos gamma a las ondas de radio la longitud de

onda aumenta y la frecuencia disminuye (también disminuyen la energía y la temperatura). Todos

estos tipos de radiación viajan a la velocidad de la luz (unos 300.000 km/s en el vacío). Además de

la luz visible, también llegan a la superficie de la tierra desde el espacio ondas de radio, una parte

del espectro infrarrojo y una parte (afortunadamente) muy pequeña de radiación ultravioleta.

Cada onda particular del espectro visible viene caracterizada por su longitud de onda siendo ésta

junto con el sentido de la vista los únicos responsables del color observado, pues colores diferentes

sólo corresponden a longitudes de onda diferentes. Si, como generalmente sucede, la radiación es

compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y

aprecia tan sólo el "color o tonalidad" resultante.

La luz visible es solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda

comprendida entre aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = millonésima de milímetro) y

tiene una frecuencia de un millón de gigahercios (GHz), es decir, un billón de ciclos por segundo.

Solo esta estrecha gama que va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo produciendo

sensaciones de color y brillo.

La luz blanca esta formada por la mezcla de todo el conjunto de radiaciones visibles

monocromáticas que estimulan el ojo humano generando una sensación de luminosidad exenta de

color, es una mezcla proporcionada de todas las longitudes de onda entre 400 y 700 nm. Se

entiende por radiación monocromática a cada una de las posibles componentes de la luz,

correspondientes a cada longitud de onda del espectro electromagnético. En el grafico de la

derecha, se han destacado las zonas donde se encuentra aquellas tonalidades que consideramos

importantes: la zona de rojos hacia la derecha y la de azules hacia la izquierda. En el centro se

ubican tonalidades verdes.

Los estudios sobre el sistema visual humano, del que hablaremos más adelante, establecen que en

el ojo existen unas células llamadas conos que reaccionan frente al color. Estas células se presentan

en 3 tipos diferentes: un tipo de conos reacciona frente a longitudes de onda de la gama central del

espectro (verdes), un segundo grupo de conos reaccionan ante la gama de tonos rojos, y un tercer

tipo de conos, son especialmente excitados por la banda de tonos azules. Esta es la razón principal

para que en cinematografía y televisión se hayan elegidos como colores primarios el rojo ( R ) el

verde ( G ) y el azul ( B ). Bien se podría haber seleccionado otra terna, pero es importante

aprovechar esta característica fisiológica del ojo.

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La luz siempre produce calor en presencia de un cuerpo absorbente (en términos estrictos no existe

la denominada "luz fría"), que destruyendo parte de la energía en forma radiante, la recupera

transformándola en calor. Así, por ejemplo, no hay calor en los espacios vacíos entre el sol y la

tierra, pero, al incidir la radiación solar en nuestra piel, una fracción se convierte en calor; en este

sentido podemos afirmar que el sol calienta. La energía radiante además de convertirse en calor,

produce otros fenómenos, entre los que destacan por su importancia el fotoquímico y fotoeléctrico,

efectos que permiten la creación de imágenes en soporte fotoquímico (cine y fotografía) y soporte

electrónico (televisión y vídeo). De ambos hablaremos con detalle más adelante7.

Ultravioleta

La "luz" ultravioleta es un tipo de radiación electromagnética . La luz ultravioleta (UV) tiene una

longitud de onda más corta que la de la luz visible. Los colores morado y violeta tienen longitudes

de onda más cortas que otros colores de luz, y la luz ultravioleta tiene longitudes de ondas aún más

cortas que la ultravioleta, de manera que es una especie de luz "más morada que el morado" o una

luz que va "más allá del violeta". La radiación ultravioleta se encuentra entre la luz visible y los

rayos X del espectro electromagnético . La "luz" ultravioleta (UV) tiene longitudes de onda entre

380 y 10 nanómetros. La longitud de onda de la luz ultravioleta tiene aproximadamente 400

nanómetros (4 000 Å). La radiación ultravioleta oscila entre valores de 800 terahertz (THz ó 1012

hertz) y 30 000 THz.Algunas veces, el espectro ultravioleta se subdividide en los rayos UV

cercanos (longitudes de onda de 380 a 200 nanómetros) y un rayo UV extremo (longitudes de onda

de 200 a 10 nm). El aire normal es generalmente opaca para los rayos UV menores a 200 nm (el

extremo del rayo de los rayos UV); el oxígeno absorbe la "luz" en esa parte del espectro de rayos

UV.

Rayos X

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3

Rayos gamma

La radiación gamma y/o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida 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 o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 − 11 m o frecuencias superiores a 1019 Hz.

Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural.

CONCLUSIONES

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El Espectro Electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud

como "las ondas de radio" hasta los que tienen menor longitud como los "los rayos gamma". Las

características propias de cada tipo de onda no solo son su longitud de onda, sino también su

frecuencia y energía. Es por esto la importancia de comprender los conceptos de frecuencia y

longitud de onda. La frecuencia responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un

número determinado de veces durante un segundo de tiempo. La Longitud de onda (λ) es la

distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, describe lo

larga que es la onda.

La luz es una forma que nos es muy familiar de radiación electromagnética. La luz visible es

solamente una pequeña parte del espectro electromagnético, la longitud de onda comprendida entre

aproximadamente 400 y 700 nanómetros (nm = millonésima de milímetro) y tiene una frecuencia

de un millón de gigahercios, es decir, un billón de ciclos por segundo. Solo esta estrecha gama que

va desde los 400 a los 700 nm, excita la retina del ojo produciendo sensaciones de color y brillo.

Sin embargo, hay otras formas de radiación electromagnética, tales como microondas,los rayos X,

ondas de radio y "luz" ultravioleta e infrarroja. Estos diferentes tipos de radiación

electromagnética forman el espectro electromagnético.

Cada sección del espectro electromagnético tiene valores característicos de los niveles de energía,

longitudes de ondas y frecuencias asociadas con sus fotones. Los rayos gamma tienen los mayores

niveles de energía, las longitudes de ondas más cortas y las frecuencias más altas. En contraste, las

ondas de radio tienen la energía más baja, las longitudes de ondas más largas y las frecuencias más

bajas que cualquier tipo de radiación. En orden de energía, de mayor a menor, las secciones del

espectro electromagnético se llaman: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible,

radiación infrarroja, y ondas de radio. Las microondas son una subsección, de la sección de ondas

de radio del espectro electromagnético.

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1 http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico2 http://www.asifunciona.com/fisica/af_espectro/af_espectro_2.htm3, José Rodríguez García, Fundamentos de óptica ondulatoria. Universidad de Oviedo. Pág. 32-424 http://www.monografias.com/trabajos/estruatomica/estruatomica.shtml5 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/espectro/espectro.htm6 http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physical_science/magnetism/em_infrared.sp.html&fr=t&portal=vocals&edu=high7 http://www.monografias.com/trabajos10/lalu/lalu.shtml