Espectro electromagnético

¿Qué es el espectro electromagnético?

El rango completo de ondas electromagnéticas, desde la luz visible hasta los rayos gamma, se conoce colectivamente como el espectro electromagnético. Comprender esta región del globo es crucial, y este tema es un componente esencial de la disciplina científica. Los siguientes párrafos explicarán cómo se pueden utilizar muchas de las características más importantes de este espectro.

Las siguientes categorías componen el espectro electromagnético:

• Ondas de radio: Las ondas de radio tienen las longitudes de onda más largas de todas las ondas electromagnéticas, pero sus frecuencias y energía son las más bajas. Tanto la comunicación como la navegación dependen de ellas, como se observa en la prevalencia de las transmisiones de radio y televisión, así como en el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
• Microondas: Las microondas se distinguen de las ondas de radio por sus longitudes de onda más cortas, frecuencias más altas y mayor energía. Juegan un papel en la comunicación, como en los teléfonos celulares y la transmisión de señales satelitales, así como en la preparación de alimentos en hornos de microondas.
• Radiación infrarroja: En comparación con las microondas, la radiación infrarroja tiene longitudes de onda más cortas, así como mayores frecuencias y energía. Es detectable como calor y es emitida por objetos que ya están calientes. Las cámaras de imagen térmica y los sistemas de control remoto utilizan la radiación infrarroja como fuente de imagen.
• Luz visible: La luz que puede ser vista a simple vista se conoce como luz visible. La luz visible se refiere a la fracción del espectro electromagnético que puede ser vista por los humanos. Las longitudes de onda de este tipo de radiación son más cortas que las de la radiación infrarroja pero más largas que las de la luz ultravioleta. Esa región del espectro que contiene los colores del arco iris se conoce como "esa porción".
• Radiación ultravioleta: La radiación ultravioleta se distingue de la luz visible por sus longitudes de onda más cortas, frecuencias más altas y energías más intensas. Puede causar quemaduras solares y es perjudicial para los tejidos vivos con los que entra en contacto. Las camas de bronceado y las luces diseñadas para matar gérmenes la utilizan.
• Rayos X: En comparación con la luz ultravioleta, los rayos X tienen longitudes de onda más cortas, a la vez que tienen mayores frecuencias y energía. Se utilizan en dispositivos de imagen, como las máquinas de rayos X, que se utilizan para ver el interior del cuerpo.
• Rayos gamma: Los rayos gamma se distinguen de otras formas de radiación electromagnética por poseer longitudes de onda muy cortas, además de frecuencias y energía extremadamente altas. Los materiales radiactivos emiten estas partículas, que tienen el potencial de causar daño al tejido vivo. Además de usarse para esterilizar equipos médicos, se emplean en el tratamiento del cáncer.

Infrarrojo en el espectro de radiación electromagnética

La porción del espectro electromagnético de radiación que se extiende más allá del final del espectro de luz visible que se designa como infrarrojo se conoce como infrarrojo. La banda infrarroja se utiliza con el propósito de determinar las características térmicas de varios objetos. Además de eso, se utiliza en aparatos de visión nocturna.

La radiación que se considera infrarroja tiene una frecuencia que puede variar desde aproximadamente 300 gigahercios hasta 400 terahercios y una longitud de onda que puede estar entre un milímetro y un micrómetro. El calor que experimentamos es el resultado de una cierta forma de radiación electromagnética. La radiación en el espectro infrarrojo puede ser utilizada para una serie de tareas diferentes, incluyendo la detección, la calefacción y la cocción. Los edificios y las áreas exteriores pueden beneficiarse del calor que proporcionan los calentadores infrarrojos. Las cámaras infrarrojas pueden tomar lecturas de temperatura y proporcionar imágenes claras en la oscuridad.

Las longitudes de onda de la radiación infrarroja son mucho más compactas en comparación con las de la radiación de microondas o de radio. Tienen una unidad de medida conocida como micrones. A pesar de su menor longitud, estas longitudes de onda tienen el potencial de causar daño al cuerpo humano.

El infrarrojo cercano y el infrarrojo lejano son las dos subcategorías principales que componen el espectro infrarrojo. El infrarrojo cercano es el rango de longitudes de onda que incluyen las frecuencias más cortas. La longitud de estas longitudes de onda se encuentra entre uno y cinco micrones. Además, hay bandas intermedias y largas en el espectro infrarrojo. Cada una se distingue por las longitudes de onda particulares que tiene.

El uso más conocido de la tecnología infrarroja es en las gafas de visión nocturna usadas por el personal militar. Cuando se usan de noche, estas gafas convierten la luz infrarroja en longitudes de onda que son visibles para el ojo humano. La luz infrarroja, por otro lado, se utiliza tanto en formas de comunicación inalámbricas como alámbricas.

Comprendiendo el espectro electromagnético

Una serie de consecuencias adversas para la salud, incluida la hipertermia, pueden ser causadas por la exposición prolongada a la luz infrarroja. La tasa de daño es proporcional a la fuerza de la exposición, así como a la duración de la misma. Uno de los síntomas es un aumento rápido e irreversible de la temperatura de la piel, que, si no se trata, puede causar un daño irreparable.

Debido a que la luz infrarroja puede entrar en el ojo humano, la córnea es particularmente vulnerable al daño causado por el calor. Las cataratas pueden ser el resultado de esta condición si no se trata.

La temperatura de los objetos, como las estrellas y los planetas, también se puede determinar con el uso de la tecnología infrarroja. Además de eso, se puede usar para identificar nubes moleculares. Otros usos incluyen los del campo médico, en telecomunicaciones y en comunicaciones que utilizan fibra óptica.

La Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP) ha publicado recomendaciones para los límites de exposición a la radiación visible e infrarroja incoherente.

Luz que se puede ver en el espectro electromagnético

El espectro electromagnético incluye el rango de longitudes de onda que se pueden ver como luz visible. El sol es la principal fuente de luz que tenemos. La luna y las estrellas son otras dos fuentes de luz que son visibles para el ojo humano. Es esencial ser consciente de que nuestros ojos son incapaces de detectar longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas de la luz. Sin embargo, somos capaces de distinguir entre la luz roja y azul. La culminación de estas contribuciones de color es lo que nos referimos como luz blanca.

El tipo de radiación electromagnética que los humanos pueden ver se conoce como luz visible. Su frecuencia puede estar en cualquier lugar desde aproximadamente 400 terahercios hasta aproximadamente 750 terahercios, y su longitud de onda puede estar en cualquier lugar desde aproximadamente 400 nanómetros hasta aproximadamente 750 nanómetros. Hay muchas aplicaciones para la luz visible, incluyendo iluminación, comunicación y detección, y estas son solo algunas de ellas. Los LED, que significan diodos emisores de luz, se utilizan con el propósito de iluminación, mientras que los cables de fibra óptica se utilizan con el propósito de comunicación. La luz visible puede ser detectada tanto por las cámaras como por el ojo humano.

La idea de que la luz está compuesta por una colección de rayos también está conectada con esta idea. Se utiliza un prisma para llevar a cabo la tarea de separar estos fotones en sus respectivos colores espectrales. Un dispositivo conocido como prisma es uno que puede desviar un rayo de luz. Esta es la misma tecnología que se utiliza para la producción de teléfonos celulares.

El espectro electromagnético de colores que la luz puede aparecer es uno de los elementos más fascinantes de la luz. La luz de color viene en una variedad de colores, los más comunes de los cuales son rojo, azul y verde. Otros colores incluyen amarillo, naranja y violeta, además de los más comunes rojo, azul y verde. Es fascinante pensar que un solo prisma podría dividir todos estos colores en sus propios tonos, creando un arco iris. Un fascinante experimento de física se puede llevar a cabo dividiendo la luz en sus muchas bandas espectrales usando un prisma.

El espectro electromagnético también consta de muchos otros componentes menos conocidos, como el infrarrojo y las ondas de radio, por ejemplo. Algunos de estos se han utilizado en transmisiones de radio, televisión y teléfonos móviles. Sin embargo, el mejor método para aprovecharlos es desarrollar el tipo de filtro apropiado para la situación. Podemos reducir el impacto que estos componentes tienen en nuestros cuerpos si elegimos este curso de acción. De manera similar, somos capaces de construir un entorno virtual en el que es seguro para nosotros investigar estos componentes, e incluso podemos hacerlo sin usar nuestros ojos reales.

Aunque las longitudes de onda más pequeñas y más largas de la luz visible pueden ser las más notables, las frecuencias de infrarrojo de onda corta (SWIR) y microondas son las ondas que tienen la mayor eficiencia energética y tienen la apariencia más agradable visualmente.

Espectro UV EMR

La radiación conocida como ultravioleta (UV) es una porción del espectro de energía electromagnética. Es adaptable y se puede utilizar en una variedad de contextos. Pero también tiene el potencial de ser peligrosa. La radiación con longitudes de onda UVB y UVC es perjudicial para los ojos humanos y también puede provocar enfermedades de la piel.

La radiación en el espectro ultravioleta tiene una frecuencia que puede variar desde aproximadamente 750 terahercios hasta 30 picohercios y una longitud de onda que puede variar desde aproximadamente 10 nanómetros hasta 400 nanómetros. Las quemaduras solares son causadas por un tipo específico de radiación electromagnética llamada radiación ultravioleta. La luz ultravioleta tiene una amplia gama de aplicaciones, algunas de las cuales incluyen detección, esterilización y bronceado. Las lámparas UV se utilizan con el propósito de esterilización de superficies y camas de bronceado, mientras que los sensores UV se utilizan con el propósito de monitorear la radiación UV.

Este tipo de energía puede ser absorbida por las moléculas, lo que puede iniciar varios procesos químicos. La molécula que absorbe la luz puede luego fluorescer o emitir luz visible.

Hay tres subgrupos principales que componen el espectro UV; estos son las regiones extrema, cercana y lejana. Lámparas de arco, láseres y diodos emisores de luz son tres ejemplos de tipos comunes de fuentes UV.

Los fotones UV tienen un nivel de energía más alto que los rayos X a pesar de tener longitudes de onda más cortas. Esto se debe a que los rayos UV tienen longitudes de onda más cortas. En ciertos casos, esto puede ser útil para romper enlaces químicos. El término "radiación no ionizante" también puede usarse para referirse a estas ondas.

En bioquímica, uno de los métodos más comunes para determinar qué tan bien absorbe la radiación un material es utilizar el espectro UV. Existen muchos tipos diferentes de compuestos, cada uno con su propio patrón único de bandas de absorción de luz sustanciales en el UV.

La espectroscopia a menudo utiliza una luz que es estable contra la radiación UV. Las lámparas de arco de argón y deuterio son fuentes populares.

Ciertos tipos de insectos tienen una notable capacidad para detectar la radiación UVB. Las aves están equipadas con un cuarto receptor de color, lo que les permite distinguir la luz UV. Además de eso, pueden utilizar la UV para localizar a sus presas.

El sol es la fuente de luz ultravioleta, que es un tipo de radiación electromagnética y pertenece al espectro. Su rango de frecuencia es de 800 terahercios a 30 picohercios, y su rango de medición está entre diez y cuatrocientos nanómetros. Sin embargo, la mayoría de las personas no pueden verlo.

Una explicación de esto es que el ojo humano no incluye ningún receptor de color. Sin embargo, el rango UV es esencial para la supervivencia de muchas criaturas. Por ejemplo, el cuerpo humano no puede producir vitamina D natural sin la ayuda de los UVB. Es utilizado por otros animales como medio para localizar a sus presas.

Rayos X

La radiación electromagnética de alta energía es lo que llamamos rayos X. A diferencia de los rayos gamma y la luz ultravioleta, los rayos X tienen longitudes de onda más cortas que la luz visible y, por lo tanto, pueden atravesar materiales que son bastante delgados. Tienen una variedad de usos en medicina, como la obtención de imágenes de huesos y tejidos, entre otras cosas. Hay más de un tipo de rayos X.

Los rayos X tienen una frecuencia que puede variar desde 30 pHz hasta 30 eHz y tienen una longitud de onda que puede variar desde 0.01 nanómetros hasta 10 nanómetros. Pertenecen a la categoría de radiación electromagnética y tienen la capacidad de atravesar materiales sólidos como los huesos. La obtención de imágenes de pacientes con rayos X y la inspección de artículos en busca de defectos en sus componentes metálicos son solo dos de las muchas aplicaciones médicas e industriales de esta tecnología.

Los fotones de baja energía que interactúan con un campo magnético pueden dar como resultado la producción de rayos X no térmicos. Los rayos X térmicos se crean cuando se utiliza un gas caliente. Además de su uso en imágenes médicas, estos dispositivos también encuentran uso en radiografía industrial, escáneres utilizados en la seguridad de aeropuertos y control de calidad para una variedad de materiales.

La colisión de un electrón entrante con un átomo resulta en la emisión de rayos X duros. Debido a esto, habrá un espacio vacío en la capa de electrones del átomo. Existe la posibilidad de que un segundo electrón ocupe el vacío. Otra posibilidad es que el electrón que se aproxima desaloje un átomo. Cuando algo así ocurre, parte de la energía contenida dentro del fotón se transfiere al electrón que lo dispersa.

Menos de 10 nanómetros es la longitud de onda mínima para los rayos X blandos. Estos se utilizan en el campo de la microscopía de rayos X, donde se utilizan para obtener imágenes del interior de varias estructuras diminutas, incluidas las células biológicas.

Uno de los cuatro posibles procesos nucleares puede resultar en la emisión de rayos X duros. La ionización, la dispersión de Compton y la fotoabsorción son las tres variedades principales de interacciones. A mayor energía, el proceso de dispersión de Compton es el dominante. A menor energía de rayos X, el tipo de interacción más prevalente se llama fotoabsorción.

Es importante tener en cuenta que un rayo X no es lo mismo que la banda X, que es una parte de baja energía del espectro electromagnético. A pesar de que las dos bandas se superponen en unos pocos cientos de nanómetros, no comparten las mismas propiedades.

Dado que los rayos X son capaces de penetrar objetos, pueden utilizarse en una amplia variedad de contextos. Durante el procedimiento de seguridad, por ejemplo, los rayos X se utilizan para detectar fracturas en el equipaje. Además de eso, a los pacientes que se someten a radiación para el cáncer se les administran estos. Además, los rayos X pueden utilizarse para analizar los componentes estructurales de varios materiales, como el cemento.

Rayos gamma

La radiación electromagnética puede presentarse en una variedad de formas, una de las cuales son los rayos gamma. De hecho, los rayos gamma están compuestos por todos los fotones con energías extraordinariamente altas. Estos fotones se crean como un subproducto de la desintegración nuclear, así como de otras investigaciones de física de alta energía. Dentro del espectro electromagnético, estos fotones tienen la mayor energía cinética.

La longitud de onda de los rayos gamma abarca desde aproximadamente 0.001 nanómetros hasta 0.01 nanómetros, y su frecuencia varía desde aproximadamente 30 EHz hasta 30 PHz. Pertenecen a la categoría de radiación electromagnética y tienen un nivel de energía muy alto, lo que los hace potencialmente dañinos para todas las formas de vida. Los rayos gamma tienen varias aplicaciones, incluyendo el diagnóstico por imágenes y la terapia en el campo médico. También se utilizan en varios procesos de fabricación.

Los rayos gamma pueden viajar bastante lejos a través de los materiales debido a la gran cantidad de energía que poseen. Los rayos gamma tienen el potencial de atravesar muchas pulgadas de plomo sin ser detenidos.

Los núcleos de los elementos radiactivos son la fuente de los rayos gamma con los niveles de energía más altos. Los rayos gamma, por otro lado, se crean cuando las partículas subatómicas interactúan entre sí.

Los núcleos pueden verse afectados por las acciones de partículas como electrones, muones y piones. Son capaces de investigar la distribución de carga dentro del núcleo. También existe la posibilidad de que un pión participe en un proceso de intercambio de doble carga con el núcleo.

Los rayos gamma se producen como subproducto de varios experimentos de física de alta energía. Por ejemplo, una corriente de partículas relativistas que ha sido enfocada por el campo magnético de una hipernova puede detectarse a 10 mil millones de años luz de la hipernova.

Después de pasar por el proceso de desintegración radiactiva, el núcleo de ciertos radionucleidos emitirá rayos gamma. Las transiciones atómicas, la aniquilación y las interacciones entre partículas subatómicas son algunos ejemplos de otras fuentes de rayos gamma.

La gran mayoría de los rayos gamma en astronomía pueden rastrearse hasta otros tipos de procesos. Los tipos más potentes de radiación electromagnética son los rayos gamma, que pueden ser producidos por supernovas, así como por la lluvia nuclear. Como resultado, son un excelente recurso para descubrir nuevas partes del cosmos.

Es posible que la exposición a ciertos rayos gamma pueda dañar las células del cuerpo. Los rayos gamma, por otro lado, tienen una menor tasa de ionización en comparación con los rayos beta y alfa, lo que significa que tienen un menor riesgo de causar cáncer. Los rayos gamma, a pesar de esto, tienen el potencial de alterar la estructura del ADN y causar quemaduras. La ionización puede ser causada en el cuerpo incluso por las cantidades más mínimas de exposición a los rayos gamma.

Microondas

Las microondas son un tipo de radiación electromagnética que tienen una frecuencia que puede variar desde 300 megahercios hasta 300 gigahercios y tienen una longitud de onda que puede ser desde un milímetro hasta un metro. Proporcionan una serie de funciones, incluyendo las relacionadas con la comunicación, la navegación y la calefacción, entre otras. Las redes de telefonía celular, las redes Wi-Fi y las comunicaciones por satélite utilizan la tecnología de microondas. También desempeñan un papel en el radar y en el proceso de preparación de alimentos en los hornos.

Ondas/Señales de Radio

El tipo de radiación electromagnética con la longitud de onda más larga y la frecuencia más baja se llama ondas de radio. Tienen una frecuencia que puede ser de tres kilohercios a trescientos gigahercios, y su longitud de onda puede ser de un milímetro a cien kilómetros. Las ondas de radio tienen una amplia gama de aplicaciones, algunas de las cuales incluyen comunicación, navegación y sistemas de radar. Son necesarias para la transmisión de señales para teléfonos celulares, redes Wi-Fi, transmisiones de radio y televisión. También se utilizan para la navegación, como en los sistemas GPS, y para el radar, que se emplea en la previsión meteorológica y la navegación aérea. Ambas aplicaciones requieren un posicionamiento y una orientación precisos.