Radiación electromagnética
La energía que se transmite, o se irradia, a través del espacio en forma de oscilaciones periódicas de los campos eléctricos y magnéticos se conoce como radiación electromagnética. (Figura \(\PageIndex{2}\)). Algunas formas de radiación electromagnética se muestran en la figura (Índice de página 4). En el vacío, todas las formas de radiación electromagnética -ya sean microondas, luz visible o rayos gamma- viajan a la velocidad de la luz (c), que es la velocidad con la que viajan todas las formas de radiación electromagnética en el vacío, una constante física fundamental con un valor de 2,99792458 × 108 m/s (que es aproximadamente 3,00 ×108 m/s o 1,86 × 105 mi/s). Esto es aproximadamente un millón de veces más rápido que la velocidad del sonido.
Debido a que los distintos tipos de radiación electromagnética tienen todos la misma velocidad (c), sólo difieren en la longitud de onda y la frecuencia. Como se muestra en la Figura \N(\PageIndex{3}) y en la Tabla \N(\PageIndex{1}), las longitudes de onda de las radiaciones electromagnéticas conocidas van desde 101 m para las ondas de radio hasta 10-12 m para los rayos gamma, que son emitidos por reacciones nucleares. Si observamos la ecuación siguiente, podemos ver cómo la frecuencia de la radiación electromagnética es inversamente proporcional a su longitud de onda:
\N
Por ejemplo, la frecuencia de las ondas de radio es de unos 108 Hz, mientras que la de los rayos gamma es de unos 1020 Hz. La luz visible, que es la radiación electromagnética que puede ser detectada por el ojo humano, tiene longitudes de onda entre unos 7 × 10-7 m (700 nm, o 4,3 × 1014 Hz) y 4 × 10-7 m (400 nm, o 7,5 × 1014 Hz). Obsérvese que cuando la frecuencia aumenta, la longitud de onda disminuye; c, al ser una constante, permanece igual. Del mismo modo, cuando la frecuencia disminuye, la longitud de onda aumenta.
Por favor, memoriza la ecuación 5.2.1 y la velocidad de la luz (con unidades). Además, es importante saber qué lado del espectro electromagnético es mortal.
| Unidad | Símbolo | Longitud de onda (m) | Tipo de radiación |
|---|---|---|---|
| picómetro | pm | 10-12 | rayo gamma |
| nanómetro | nm | 10-9 | x-rayo |
| micrómetro | μm | 10-6 | infrarrojo |
| milímetro | mm | 10-3 | infrarrojo |
| centímetro | cm | 10-2 | microondas |
| metro | m | 100 | radio |
La luz también se comporta como un paquete de energía. Resulta que, en el caso de la luz, la energía del «paquete» de energía es proporcional a su frecuencia.
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Mientras que la luz visible es esencialmente inofensiva para nuestra piel, la luz ultravioleta, con longitudes de onda de ≤ 400 nm, tiene suficiente energía para causar graves daños en nuestra piel en forma de quemaduras solares. Como la capa de ozono absorbe la luz solar con longitudes de onda inferiores a 350 nm, nos protege de los efectos dañinos de la radiación ultravioleta altamente energética.
En este curso, no haremos cálculos de energía. Debes conocer la relación entre frecuencia y energía. Además, debes darte cuenta de que la radiación de longitud de onda corta está asociada a una energía elevada.
La energía de la radiación electromagnética aumenta con el aumento de la frecuencia y la disminución de la longitud de onda.
Ejemplo \(\PageIndex{1})
¿Cuál es la frecuencia de la luz si su longitud de onda es de 5,55 × 10-7 m?
Solución
Utilizamos la ecuación que relaciona la longitud de onda y la frecuencia de la luz con su velocidad. Tenemos
\N
Dividimos ambos lados de la ecuación por 5,55 × 10-7 m y obtenemos
\NNNotamos cómo las unidades m se cancelan, dejando s en el denominador. Una unidad en un denominador se indica con una potencia -1 -s-1- y se lee como «por segundo».
Ejercicio \N(\NIndice de página{1})
¿Cuál es la longitud de onda (en mm) de la luz si su frecuencia es 1.55 × 1010 s-1?
Respuesta
Ejemplo \(\PageIndex{2})
Calcular la frecuencia de la radiación si su longitud de onda es de 988 nm. ¿Dónde aparece esta radiación en el espectro electromagnético?
Respuesta
