Radiación electromagnética

Podemos ver diferentes objetos con la ayuda de la luz. También podemos comunicarnos entre nosotros a través de “teléfonos inteligentes” a grandes distancias con la ayuda de radiaciones. Pero ¿nos hemos preguntado alguna vez qué es realmente esta “radiación” o “luz”? ¿De qué está compuesto? Esta "radiación" o "luz" es en realidad "radiación electromagnética". El término “electromagnético” es una combinación de dos palabras: “eléctrico” y “magnético”. También podemos concluir que el término “electromagnético” indica la relación entre un “campo eléctrico” y un “campo magnético”. El término "radiación" puede considerarse como una "onda". Una 'onda' es un fenómeno físico que supone una perturbación en un medio como el aire. El medio puede ser sólido, líquido, gaseoso, eléctrico o un campo magnético.

Primero discutiremos la naturaleza de un "campo eléctrico". Es un tipo de fuerza que experimenta una partícula cargada colocada en el territorio de otra partícula cargada. La partícula cargada puede ser "positiva" o "negativa". Aquí se muestra un ejemplo de una partícula cargada colocada en el campo de otra partícula cargada. Una partícula cargada experimenta una fuerza producida por otra partícula cargada. Esta fuerza se denomina “campo eléctrico” y la experimentan las cargas “positivas” o “negativas”. Cuando una partícula cargada se acelera, produce un cambio en el "campo eléctrico". Este cambio en el campo eléctrico da lugar a un "campo magnético". El campo magnético también es una fuerza como el campo eléctrico.

El cambio del campo magnético también da lugar al campo eléctricoPodemos decir que los campos eléctricos y magnéticos son coherentes por naturaleza. Estos campos eléctricos y magnéticos cambiantes dan lugar a la "radiación electromagnética". La 'radiación electromagnética' es un tipo de energía que se propaga a través del espacio o medio material en forma de 'onda electromagnética' que consiste en campos 'eléctricos' y 'magnéticos' cambiantes. La naturaleza coherente de ambos campos produce ondas electromagnéticas. En tales ondas, el campo eléctrico es perpendicular al campo magnético. Viajan en forma de "onda transversal". En palabras simples podemos decir que la radiación electromagnética es la energía que se propaga en forma de perturbaciones del campo eléctrico y magnético que avanzan.

Ahora discutiremos las propiedades de la 'Radiación Electromagnética'. La radiación electromagnética presenta una naturaleza dual. Muestra naturaleza particulada y propiedades ondulatorias. Respecto a la naturaleza ondulatoria, ésta se propaga en forma de onda transversal. Una onda transversal presenta características particulares. La longitud de onda es la distancia entre dos secciones superiores adyacentes de la onda. También podemos medir esto midiendo las distancias de dos secciones inferiores adyacentes. Estas se llaman crestas y valles de las formas de onda. Esta figura ilustra la longitud de onda de una onda. Esta longitud de onda varía para diferentes ondas electromagnéticas. La longitud de una onda también determina la frecuencia de una radiación.

La frecuencia es el número de ondas que pasan por un punto fijo en la unidad de tiempo. Por ejemplo, considere la caja de la figura como una unidad de área y una onda pasa a través de ella en un segundo. Entonces su frecuencia es 1 Hz. En el segundo ejemplo, dos ondas pasan a través de una unidad de área en un segundo. Entonces su frecuencia es 2 Hz. La frecuencia se mide en hercios, que se abrevia como Hz. Significa número de ciclos por segundo. En palabras simples podemos decir que es el número de ondas que pasan por una unidad de área en un segundo.

La expresión matemática para la frecuencia es la que se muestra. En esta expresión, 'v' representa 'frecuencia', 'c' representa 'velocidad de la radiación electromagnética' y 'λ' representa 'longitud de onda'. De esta expresión podemos concluir que la frecuencia 'v' es inversamente proporcional a la longitud de onda 'λ'. Esto significa que cuanto mayor sea la longitud de onda, menor será la frecuencia. Entendamos esto con la ayuda de un ejemplo.

En la ilustración, podemos ver que la longitud de onda es mayor al principio cuando pasa a través del área unitaria. El tiempo que tardan las ondas en atravesar el área de la unidad es de 1 segundo. Podemos observar que sólo una onda grande pasa a través de una unidad de área en un segundo, por lo que la "frecuencia" es 1 Hz. Pero cuando disminuimos la longitud de la onda que pasa a través de la unidad de área, podemos observar que dos ondas pasan a través de la unidad de área en un segundo. La frecuencia ahora es de 2 Hz. Así que hemos disminuido la longitud de onda y hemos aumentado la frecuencia de 1 Hz a 2 Hz.

En la expresión mostrada veamos qué es 'c'. Representa la velocidad de la radiación 'electromagnética'. Es constante. La velocidad de cualquier radiación electromagnética es 299792458 m/s, lo que equivale aproximadamente a 3×10⁸ m/s. La luz se considera radiación electromagnética. La velocidad de la radiación electromagnética no se ve afectada por el cambio de longitud de onda o frecuencia. No se modifica por el cambio de energía de la radiación electromagnética.

La velocidad de la "radiación electromagnética" se utiliza como unidad para medir las "distancias interestelares". Por ejemplo, el tiempo que tarda la radiación del Sol en llegar a la Tierra es de casi 8 minutos. Podemos decir que la distancia entre el 'sol' y la 'tierra' es de 8 minutos luz. '1 año luz' es la distancia que recorre la luz o 'radiación electromagnética' en 1 año.

La radiación electromagnética también puede describirse en términos de partículas de energía llamadas fotones. Los fotones son paquetes de energía cuantificados. Significa que sólo existen en una cantidad discreta de energía. Su energía se expresa como se muestra. En esta expresión, E representa la 'energía' de un fotón, h representa la 'constante de Planck' y v representa la 'frecuencia'.

Aprendimos la relación entre 'frecuencia', 'velocidad de la radiación electromagnética' y 'longitud de onda'. Podemos sustituir el valor de la frecuencia 'v' en la expresión de 'Energía'. Una vez que hacemos esto obtenemos la ecuación mostrada. E es la energía de un fotón. C es la velocidad de la radiación EM. h es la constante de Planck. La energía de un fotón se mide en julios.

Como podemos ver en la expresión, la energía es inversamente proporcional a la longitud de onda. Esto significa que cuanto más corta sea la longitud de onda de la radiación electromagnética, mayor será su energía. También podemos decir que los fotones de alta energía tienen una longitud de onda más corta y una frecuencia más alta en comparación con los fotones de baja energía.

Debido a las diferencias en 'longitud de onda', 'frecuencia' y 'energías' de la radiación electromagnética, se pueden clasificar en diferentes tipos. Estos diferentes tipos de "radiación electromagnética" se expresan en forma de "espectro electromagnético". El 'espectro electromagnético' muestra estas diversas 'radiaciones electromagnéticas'. Su rango va desde una longitud de onda grande de 10³m hasta una longitud de onda corta de 10⁻⁵nm. Estas largas radiaciones electromagnéticas son ondas de radio. Los cortos son rayos gamma. Por lo tanto, la radiación electromagnética abarca desde las "ondas de radio" hasta los "rayos gamma".

Las radiaciones electromagnéticas se clasifican en las siguientes regiones. Los rayos «gamma» son radiaciones electromagnéticas de muy alta energía que tienen una longitud de onda más corta. Tienen una frecuencia superior a 30 × 10¹⁸Hz. Debido a su altísima energía, tienen una penetración muy fuerte en la materia. Estas radiaciones se crean por desintegración nuclear. Los rayos gama también se utilizan en el proceso de "irradiación". La 'irradiación' es la eliminación de microorganismos vivos y la preservación de los alimentos de las bacterias.

Los 'rayos X' tienen un rango de frecuencia de 30 × 10¹⁵ Hz a 30 × 10¹⁸Hz. Tienen mayor energía que las radiaciones ultravioleta pero son más bajas en energía en comparación con los rayos gamma. Los rayos gamma son emitidos por el 'núcleo atómico' y los rayos X son emitidos por los electrones. Los rayos X son fotones de muy alta energía. Gracias a esto pueden excitar los electrones de un átomo e ionizarlo. También se conocen como radiaciones ionizantes. Estas radiaciones también pueden provocar cambios en los “enlaces químicos”. Una ventaja de las radiaciones ionizantes es que pueden utilizarse para el diagnóstico médico porque pueden penetrar en el interior de las cosas. Un ejemplo es utilizarlos para “radiografíar” la parte superior del cuerpo.

La radiación ionizante se puede utilizar para tratar el cáncer. Debido a que estas radiaciones son de alta energía y pueden alterar los enlaces químicos, pueden utilizarse para matar células cancerosas. Una desventaja de la radiación ionizante es su efecto nocivo sobre el cuerpo humano. Debido a su naturaleza ionizante, pueden causar graves daños al material genético de los organismos vivos. En la figura se muestra el grave daño que estas radiaciones provocan al ADN. Como podemos observar, las radiaciones ionizantes tienen efectos directos e indirectos sobre el ADN. Pueden ionizar directamente los átomos del ADN y causar daños graves. Por otra parte, estas radiaciones también pueden ionizar el agua y convertirla en OH⁻ion y H₃O⁺iones que pueden causar daños al ADN.

Las radiaciones ultravioleta tienen menor energía que los rayos X. Tienen un rango de frecuencia entre 8 × 10¹⁴ a 3 × 10¹⁶Hz. Las 'radiaciones ultravioleta' provienen del sol y también pueden causar graves daños a la piel. Pero la mayoría de estas radiaciones son filtradas por la capa de ozono de nuestra atmósfera. Los rayos X, los rayos gamma y los rayos UV son invisibles para el ojo humano. Esto se debe a que sólo podemos ver radiaciones en el rango de longitud de onda de 300 nm a 400 nm. Una de las ventajas de las radiaciones UV para el cuerpo humano es que éstas hacen que el cuerpo produzca “vitamina D”.

Los 'rayos visibles' tienen un rango de longitud de onda de 380 nm a 750 nm. Debido a que estas radiaciones son visibles, podemos ver diferentes colores de estas radiaciones en función de su longitud de onda. Aquí se ilustra la gama de colores del espectro visible. Estas radiaciones pueden utilizarse en “comunicaciones por fibra óptica” y en “fotografía”. Además, estas radiaciones, cuando provienen de estrellas distantes, se utilizan para medir la naturaleza de las estrellas mediante la astrofísica.

Las radiaciones infrarrojas tienen un rango de longitud de onda mayor que el de la radiación visible. Son invisibles al ojo humano. 'Las radiaciones infrarrojas pueden ser absorbidas o emitidas por las moléculas. Por lo tanto, pueden utilizarse para determinar la estructura de las moléculas. Estas radiaciones se utilizan en “visión nocturna” y en “astronomía” para observar la naturaleza de estrellas y objetos distantes. Estas radiaciones se pueden detectar porque producen calor.

Las microondas tienen un rango de longitud de onda entre 30 cm y 1 mm. Tienen una frecuencia muy baja. Debido a sus propiedades calentadoras, se utilizan en hornos microondas para cocinar alimentos. Las ondas de radio tienen la longitud de onda más larga en el espectro electromagnético. Se utilizan en 'navegación' y 'radiodifusión'. Tienen un rango de longitud de onda entre 1 mm y 100 km.