Onda electromagntica (O.E.M.)Una onda electromagntica es la forma de propagacin de la radiacin electromagntica atravs del espacio. Y sus aspectos tericos estn relacionados con la solucin en forma deonda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecnicas, las ondas electromagnticas se propagan por el espaciosin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vaco. Esto es debido aque las ondas electromagnticas son producidas por las oscilaciones de un campo elctrico,en relacin con un campo magntico asociado. Las ondas electromagnticas viajan aproximadamente a una velocidad constante muy alta,pero no infnita de 300.000 km por segundo. A esta velocidad podemos:Darle la vuelta entera a la Tierra en 20 milisegundosViajar a la Luna en 1,3 segundosLlegar al Sol en 8 minutos 19 segundosLlegar a la estrella ms cercana en 4,2 aosGracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizs esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilmetros prcticamente en el instante de producirse.Aos luz: En un ao la luz recorre 9,46 millones de millones de kilmetros:9.460.000.000.000 Km = 9,46 x 1012 Km.A esta distancia se le llama el ao-luz y es muy til para expresar las distancias entre cuerpos estelares. Para viajar a la estrella ms cercana (Alfa Centauro), la luz se demora 4,2 aos, se dice entonces que Alfa Centauro se encuentra a una distancia de 4,2 aos-luz.Las ondas electromagnticas se propagan mediante una oscilacin de campos elctricos y magnticos. Los campos electromagnticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son tambin soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.Origen y formacinLas cargas elctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnticasEl campo elctrico originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, laaceleracin de la carga y del seno del ngulo que forma la direccin de aceleracin de lacarga y a la direccin al punto en que medimos el campo.En la teora ondulatoria, desarrollada por Huygens, una onda electromagntica, consiste en uncampo elctrico que vara en el tiempo generando a su vez un campo magntico y viceversa,ya que los campos elctricos variables generan campos magnticos (ley de Ampre) y loscampos magnticos variables generan campos elctricos (ley de Faraday). De esta forma, laonda se auto propaga indefnidamente a travs del espacio, con campos magnticos yelctricos generndose continuamente. Estas O.E.M. son sinusoidales (Curva que representagrfcamente la funcin trigonomtrica seno), con los campos elctrico y magnticoperpendiculares entre s y respecto a la direccin de propagacin Caractersticas de la radiacin E.M.La radiacin electromagntica es una combinacin de campos elctricos y magnticososcilantes, que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro. Adiferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material parapropagarse, la radiacin electromagntica se puede propagar en el vaco. En el siglo XIX sepensaba que exista una sustancia indetectable, llamada ter, que ocupaba el vaco y servade medio de propagacin de las ondas electromagnticas. El estudio terico de la radiacinelectromagntica se denomina electrodinmica y es un subcampo del electromagnetismo.Los campos producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar las fuentes y viajar atravs del espacio (en el vacio) crendose y recrendose mutuamente. Lo explica la tercera ycuarta ley de Maxwell. Leyes de MaxwellLey de Gauss y nos dice que el fujo a travs de una superfcie cerrada es proporcional a lacarga encerrada.Ley de Gauss para el magnetismo, implica que en la naturaleza NO existen camposmagnticos de un polo (monopolos) , solo existen campos magnticos de dos polos(dipolos),ya que en una superfcie cerrada el nmero de lneas de campo que entran equivale al nmerode lneas que salen. Ley de Faraday. Esta ley relaciona el fujo del campo magntico con el campo elctrico,establece que el rotacional del campo elctrico inducido por un campo magntico variable esigual a menos la derivada parcial del campo magntico con respecto al tiempo. La integral decirculacin del campo elctrico es la variacin del fujo magntico. Ley de Ampre, generalizada por Maxwell. Establece la relacin entre los campos elctrico ymagntico, con corrientes elctricas. Establece fnalmente la forma en la que un campoelctrico variable puede generar un campo magntico y como consecuencia, una corrienteelctrica en un circuito. Expresa cmo las lneas de un campo magntico rodean unasuperfcie por la que, circula una corriente o hay una variacin del fujo elctrico.Fenmenos asociados a la R.E.M.Interaccin entre radiacin electromagntica y conductores:Cuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce corrientealterna, la radiacin electromagntica se propaga en la misma frecuencia que la corriente.De forma similar, cuando una radiacin electromagntica incide en un conductor elctrico,hace que los electrones de su superfcie oscilen, generndose de esta forma una corrientealterna cuya frecuencia es la misma que la de la radiacin incidente. Este efecto se usa en lasantenas, que pueden actuar como emisores o receptores de radiacin electromagntica.Penetracin de la R.E.M.En funcin de la frecuencia, las ondas electromagnticas pueden no atravesar mediosconductores. Esta es la razn por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar ylos telfonos mviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo,como la energa no se crea ni se destruye, cuando una onda electromagntica choca con unconductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efectotiene aplicacin en los hornos de microondas. La segunda es que se refejen en la superfciedel conductor (como en un espejo).Origen y propagacin de las O.E.Una carga elctrica acelerada crea un campo elctrico variable y, como explican las leyes deMaxwell, los campos pueden abandonar la fuente que los produce y viajar por el espacio sinsoporte material. Los campos no necesitan un medio deformable que vibre a su paso, lo nico que vibra son losvalores de los campos E y B en cada lugar. En efecto, un campo elctrico variable engendra un campo magntico variable que, a su vez,engendra otro elctrico y as avanzan por el espacio. Las ondas electromagnticas, son ondas transversales en donde el campo elctrico y elcampo magntico son perpendiculares entre s, y a su vez perpendiculares a la direccin depropagacin. No necesitan por tanto soporte material para su propagacin hacindolo inclusoa travs del vaco. Como se aprecia en la ilustracin, el campo elctrico y el campo magntico estn en fase,alcanzando valores mximos y valores mnimos al mismo tiempo. Recuerda adems que estos dos campos no son independientes, ya que sus valoresinstantneosestnrelacionadosentres por laexpresinE=c.B Expresin en la que c es la velocidad de propagacin de la luz.Propiedades de las ondas electromagnticasPara su propagacin, las O.E.M. no requieren de un medio material especfco. As, estasondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde elSol y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnticasse desplazan en el vaco a la velocidad de la luz (c = 299.792 km/s.), hasta que su energa seagota.A medida que la frecuencia se incrementa, la energa de la onda tambin aumenta. Todas lasradiaciones del espectro electromagntico presentan las propiedades tpicas del movimientoondulatorio, como la difraccin y la interferencia. Las longitudes de onda van desdebillonsimas de metro hasta muchos kilmetros. La longitud de onda () y la frecuencia (f) delas ondas electromagnticas, relacionadas mediante la expresin .f=c son importantes paradeterminar su energa, su visibilidad, su poder de penetracin y otras caractersticas.Caractersticas principales de las ondas electromagnticasLas tres caractersticas principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnticoson:Frecuencia (f) Longitud ( ) Amplitud (A)FrecuenciaLa frecuencia de una onda responde a un fenmeno fsico que se repite cclicamente unnmero determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puede observar enla siguiente ilustracin: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 electromagntico se representan con la letra (f) y suunidad de medida es el ciclo o Hertz (Hz) por segundo. Otras unidades de frecuencias muyutilizadas (en otros mbitos) son las "revoluciones por minuto" (RPM) y los "radianes porsegundo" (rad/s).La frecuencia y el periodo estn relacionados de la siguiente manera:T.- Perodo: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles por unmismo punto, o para completar un ciclo. V.-Velocidad de propagacin: Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo.En el caso de la velocidad de propagacin de la luz en el vaco, se representa con la letra c.La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda estn relacionados por lassiguientes ecuaciones: En donde:C = Velocidad de la luz en el vaco (300.000 km/seg). = Longitud de onda en metros.v = Velocidad de propagacin.T = Periodo.LongitudLas ondas del espectro electromagntico se propagan por el espacio de forma similar a comolo hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partirdel puntodondecaelapiedray extendindose hastalaorilla.Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan ondas similares a lasradiaciones propias del espectro electromagntico.Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas delespectro electromagntico poseen picos o crestas, as como valles o vientres. La distanciahorizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o tambin el doblede la distancia existente entre un nodo y otro de la onda electromagntica, constituye lo que sedenomina longitud de onda.P.- Pico o cresta: valor mximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal delespectro electromagntico, cada medio ciclo, a partir del punto 0. Ese valor aumenta odisminuye a medida que la amplitud A de la propia onda crece o decrece positivamente porencima del valor "0".V.- Valle o vientre: valor mximo de signo negativo () que toma la onda senoidal del espectroelectromagntico, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto 0. El valor de losvalles aumenta o disminuye a medida que la amplitud A de la propia onda crece o decrecenegativamente por debajo del valor "0". N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.La longitud de una onda del espectro electromagntico se representa por medio de la letragriega lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente frmula matemtica:De donde:= Longitud de onda en metros.c = Velocidad de la luz en el vaco (300.000 km/seg).f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).AmplitudLa amplitud constituye el valor mximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. Elpunto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valorse anula alpasar, se conoce como nodo o cero. De acuerdo su longitud de onda, las O.E.M. pueden ser agrupadas en rango de frecuencia.Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagntico, objeto que mide lafrecuencia de las ondas.LuzSellama luz (del latnlux, lucis) a laradiacin electromagnticaque puede serpercibida porel ojohumano. En sica, el trmino luz se usa en un sentido m!s amplio e inclu"e el rango entero de radiacinconocido como el espectro electromagntico, mientras que la expresin luz #isible denota la radiacin enel espectro #isible.$apticaeslaramadelasicaqueestudiael comportamientodelaluz, suscaractersticas"susmaniestaciones.El estudio de la luz re#ela una serie de caractersticas " eectos al interactuar con la materia, que nospermiten desarrollar algunas teoras sobre su naturaleza.Velocidad fnitaSe ha demostradoterica "experimentalmente que la luz tiene una #elocidadinita. $a primeramedicin con xito ue hecha por el astrnomo dans %le &oemer en '()( " desde entonces numerososexperimentoshanmejoradolaprecisinconlaqueseconoceel dato.*ctualmenteel #alorexactoaceptado para la #elocidad de la luz en el #aco es de +,,.),+.-./ m0s. $a #elocidad de la luz al propagarse a tra#s de la materia es menor que a tra#s del #aco " depende delas propiedades dielctricas del medio " de la energa de la luz. $a relacin entre la #elocidad de la luzen el #aco " en un medio se denomina ndice de reraccin del medio1Naturaleza de la luz$a luz presenta una naturaleza compleja1 depende de cmo la obser#emos se maniestar! como una ondao como una partcula. Estos dos estados no se exclu"en, sino que son complementarios. Sin embargo,para obtener un estudio claro " conciso de su naturaleza, podemos clasiicar los distintos enmenos enlos que participa seg2n su interpretacin terica1 Teora corpuscular (NEWTON-1666)DescripcinEn esta teora la luz es como un torrente de partculas sin carga " sin masa llamadas otones. $as cualesson emitidas a gran #elocidad, " en lnea recta, por cuerpos luminosos, llamados manantiales luminosos.$adireccindepropagacindeestaspartculasrecibeel nombredera"oluminoso, el cual puedeatra#esar medios transparentes " ser relejado por materias opacas. Soncapacesdeportar todaslasormasderadiacinelectromagntica. Estainterpretacinresurgidebido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energa slo en cantidades discretas(m2ltiples de un #alor mnimo) de energa denominadas cuantos. Este hecho es dicil de combinar conla idea de que la energa de la luz se emita en orma de ondas, pero es !cilmente #isualizado en trminosde corp2sculos de luz o otones. 3or 2ltimotambinconsiderabaquelosdierentescoloresqueormabanlaluzblancasedebenadierentes tipos de corp2sculos, cada uno responsable de un color.Esta teora explica la propagacin rectilnea de la luz, la relexin " la reraccin4 pero no explica laintererencia " la diraccin. Teora ondulatoria (HUYGENS-1678)DescripcinEn esta teora la energa luminosa no est! concentrada en cada partcula, como en la teora corpuscular,sino que est! repartida por todo el rente de onda. El rente de onda es perpendicular a las direcciones depropagacin. $a teora ondulatoria explica perectamente los enmenos luminosos mediante unaconstruccin geomtrica llamada principio de 5u"gens, adem!s seg2n esta teora, la luz se propaga conma"or #elocidad en los medios menos densos. Esta teora no ue aceptada debido al gran prestigio de6e7ton. 8u#o que pasar m!s de un siglo para que se tomara nue#amente en consideracin la 98eora%ndulatoria9Esta teora explica1 las le"es de la relexin " reraccin, pero tiene una diicultad undamental que esprecisamente la hiptesis del ter. :omo las ondas se trasmiten en el #aco, 5u"gens supone que lasondas luminosas necesitan para propagarse un medio ideal, el E8E&, presente tanto en el #aco como enlos cuerpos materiales. Existe, pues, una contradiccin en la naturaleza del ter, "a que por un lado debeser unslidoincompresible"por otronodebeoponer resistenciaal mo#imientodeloscuerpos.$os experimentos ;oung ('/