¿Qué es la radiación electromagnética?
Existe un término en Física que describe una región del espacio en el que la materia está sometida a algún tipo de fuerza: es el término "campo". Por ejemplo, el Sol produce un campo gravitatorio a su alrededor que atrae a los planetas del Sistema Solar y que, por lo tanto, ejerce influencia sobre sus órbitas.
Las cargas eléctricas en reposo producen campos eléctricos, mientras que las que se encuentran en movimiento producen campos eléctricos y magnéticos al mismo tiempo. Cambios periódicos regulares en estos campos dan lugar a lo que conocemos como radiación electromagnética. Las ondas electromagnéticas transportan energía a través del espacio a una velocidad de 299792 kilómetros por segundo, vale decir que se propagan a la velocidad de la luz (que habitualmente designamos con la letra c). De hecho la luz no es más que un tipo de onda electromagnética de una longitud de onda en un rango determinado.
Otras formas de radiación electromagnética son los rayos X, la radiación ultravioleta, la infrarroja, las microondas, las ondas de radio comerciales de las bandas AM - FM y como no, las de los Radioaficionados. Las propiedades de las ondas electromagnéticas dependen estrechamente de su frecuencia, que es el ritmo al que oscila el campo electromagnético. La unidad de medida de la frecuencia es el hercio (Hz) que toma su nombre del primer físico que produjo ondas de radio, Heinrich Hertz (1857-1894). En un fenómeno periódico, un hertcio equivale a un ciclo por segundo.
Toda onda electromagnética que se propaga a una frecuencia determinada tiene una longitud de onda equivalente asociada que es la distancia entre dos máximos (o mínimos) consecutivos del campo electromagnético. Las unidades de medida de la longitud de onda empleadas habitualmente son el metro (o cualquiera de sus fracciones decimales) y el Angstrom (A, 10-10 m).
Dado que toda radiación electromagnética se propaga en el vacío a la misma velocidad, el número de máximos o mínimos que pasa por un punto en la unidad de tiempo (un segundo en el sistema internacional) depende únicamente de la frecuencia. Esto implica que diez crestas de una onda de longitud de onda 10 metros pasarán por un punto dado del espacio en el mismo tiempo que tardaría una sola cresta de una segunda onda de longitud de onda 100 metros. Por lo tanto, frecuencia y longitud de onda están relacionadas de forma que ésta última es igual a la velocidad de propagación, c, dividida por la frecuencia.
En el dibujo que aparece a continuación se muestra una onda que se propaga hacia la derecha y que pasa por dos puntos denominados A y B, separados una distancia D que equivale a la 2.997 x 105 km, es decir, la distancia que recorre la luz en un segundo. Por lo tanto, en un segundo pasarán por B todas las crestas que inicialmente se encuentran entre A y B: dicha cantidad de oscilaciones es lo que denominamos frecuencia. De esta forma, tenemos que la distancia D será igual al número de ciclos entre A y B, es decir, la frecuencia , multiplicado por la distancia entre dos crestas, que es la longitud de onda.
Dado que la frecuencia viene dada en términos de oscilaciones por segundo y que la velocidad de la luz se expresa en kilómetros por segundo, podemos afirmar que c es igual a la longitud de onda dividida por la frecuencia.
La variación máxima de la intensidad del campo de una onda electromagnética en una longitud de onda es lo que se conoce como amplitud. En otras palabras, representa la diferencia del campo entre una cresta y el valle inmediatamente anterior o posterior de una onda.
La
ley del cuadrado de la distancia
A medida que la radiación electromagnética se aleja de la fuente que la produce, la energía que transporta se va diluyendo en el espacio como si estuviese contenida en la superficie de una esfera que no deja de aumentar de tamaño. El área de esta esfera aumenta proporcionalmente al cuadrado de la distancia que la separa de su centro, en el que se encuentra la fuente. La fórmula exacta es A=4 \pi R^2 donde A es el área de la esfera y R la distancia recorrida por la radiación o, lo que es lo mismo, el radio de la esfera. Por lo tanto, la intensidad de la señal se debilita a medida que se aleja de la fuente, fenómeno que se conoce como la ley del cuadrado de la distancia. Podemos ilustrar esta ley con un ejemplo: Saturno está aproximadamente 10 veces más lejos del Sol que el planeta Tierra. Si definimos la distancia media Tierra-Sol como la unidad astronómica (UA) Saturno se encuentra a 10 UA. Entonces, la energía contenida en una esfera de radio 1 UA, a la distancia a la que se encuentra Saturno se habrá diluido en una esfera de superficie 100 veces mayor y por lo tanto, Saturno recibe una centésima parte del flujo (= energía por unidad de superficie) de energía solar que recibe la Tierra.
La ley del cuadrado de la distancia es
muy importante. implica que la concentración de energía
disminuye muy rápidamente a medida que nos alejamos de la fuente
de radiación electromagnética. No importa si la fuente es
una nave espacial con un transmisor de baja potencia, una super estacion
de 5 Kw o un walkie.
La luz no es más que radiación electromagnética en un rango de frecuencias a las que el ojo humano (y el de la mayoría de las especies dotadas de visión) es sensible. Pero el espectro electromagnético no tiene una frecuencia máxima o mínima, sino que se extiende indefinidamente más allá, por supuesto, de los estrechos límites de sensibilidad del ojo humano. En orden creciente de frecuencias el espectro está compuesto por las ondas de radio, el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Estos nombres distinguen distintas frecuencias de un mismo fenómeno: la radiación electromagnética.
Los diagramas que se incluyen a continuación muestran el rango del espectro electromagnético en el que se produce la mayor parte de la emisión de fuentes astronómicas. Algunos rangos como las microondas y el infrarrojo se solapan, debido a que los límites entre distintas regiones del espectro son difusos y, en muchas ocasiones, dependen de las técnicas empleadas para detectar o producir la radiación.
A la radiación electromagnética
de frecuencia comprendida entre 5 kHz y 300 GHz se la conoce generalmente
como "radiofrecuencias". Pero La emisión en radiofrecuencias
en el espectro de microondas se divide tambien segun el codigo de letra
en bandas como la banda S o la banda X
| BANDA | LONGITUD DE ONDA (cm) | FRECUENCIA (GHz) |
| L | 30-15 | 1-2 |
| S | 15-7.5 | 2-4 |
| C | 7.5-3.75 | 4-8 |
| X | 3.75-2.4 | 8-12 |
| K | 2.4-0.75 | 12-40 |
Si las ondas electromagnéticas no
encuentran obstáculos a su paso, se propagan en línea recta.
Como hemos mencionado al comienzo de este capítulo, las cargas eléctricas,
cuando están en reposo, dan lugar a campos eléctricos y cuando
se hallan en movimiento acelerado producen campos eléctricos y magnéticos.
Por lo tanto, una onda electromagnética tiene dos componentes -el
campo eléctrico y el campo magnético- que, en el vacío,
son perpendiculares a la dirección de propagación.
El esquema que se muestra a continuación
ilustra parte de un frente de ondas como lo vería un observador
en el punto indicado en el dibujo. La onda se propagaría directamente
fuera del plano de la página. Medio periodo de oscilación
más tarde, el observador vería una distribución de
los campos idéntica, salvo por la dirección de los campos
que estaría invertida.
Los campos eléctrico y magnético
vienen descritos por los vectores eléctrico y magnético.
Un campo vectorial tiene en cualquier punto del espacio una magnitud y
una dirección. La polarización de las ondas electromagnéticas
está definida por el vector de campo eléctrico. Si el vector
eléctrico oscila en una dirección que forme un ángulo
constante con el horizonte decimos que las ondas están linealmente
polarizadas. En el campo de la transmisión de ondas de radio, si
la polarización es paralela a la superficie de la Tierra decimos
que se trata de polarización horizontal. Si, por el contrario, la
polarización se produce en un plano perpendicular al horizonte decimos
que se trata de polarización vertical.
Las ondas también pueden estar circularmente polarizadas si el vector eléctrico rota alrededor de la dirección de propagación de la onda. La rotación puede ser dextrógira (hacia la derecha) o levógira (hacia la izquierda, como en el dibujo anterior visto desde z). Las ondas de radioe pueden estar polarizadas lineal o circularmente o incluso puede ser una mezcla de ambas. Las propiedades de polarización de las ondas electromagnéticas proporcionan información complementaria sobre los procesos físicos que tienen lugar en la fuente de radiación.