(espectro electromagnético). Conjunto completo de longitudes de onda de radiación electromagnética, desde las más cortas hasta las más largas, incluyendo la luz visible.

El espectro electromagnético (The Electromagnetic Spectrum)

Energía electromagnética (Electromagnetic Energy)

La energía electromagnética está presente en fenómenos muy distintos: los rayos solares, las señales emitidas por teléfonos celulares, los rayos X, la luz visible, la radiación infrarroja y las ondas de radio. Todas estas manifestaciones pertenecen al mismo conjunto físico denominado espectro electromagnético (electromagnetic spectrum).

Una característica fundamental de esta energía es que puede describirse de dos maneras complementarias: como una onda (wave) que se propaga por el espacio, y como una partícula (particle). Esta propiedad se conoce como dualidad onda-partícula (wave-particle duality).

Cuando la energía electromagnética se estudia como onda, presenta campos eléctricos y magnéticos alternados. Toda onda electromagnética se describe mediante su longitud de onda (wavelength) $\lambda$ y su frecuencia (frequency) $f$. La velocidad de propagación se determina mediante:

$$u = f \lambda$$

En el vacío, esta velocidad es igual a la velocidad de la luz:

$$c = 3 \times 10^8 \ \text{m/s}$$

Cuando la energía electromagnética se considera como partícula, cada unidad energética recibe el nombre de fotón (photon). La energía del fotón está determinada por:

$$E = hf$$

donde $h$ es la constante de Planck:

$$h = 6,6 \times 10^{-34} \ \text{J·s}$$

A mayor frecuencia, mayor energía transportada por el fotón, y menor longitud de onda.

El espectro electromagnético abarca un enorme rango de longitudes de onda, desde las ondas de radio (radio waves), de gran longitud de onda y baja frecuencia, hasta los rayos gamma (gamma rays), de altísima frecuencia y energía.

La atmósfera terrestre no transmite todas las radiaciones de igual manera. Algunas regiones del espectro son absorbidas por los gases atmosféricos, mientras que otras pueden atravesarla con relativa facilidad. Gracias a estas “ventanas atmosféricas”, son posibles la visión humana, las comunicaciones por radio y la detección térmica.

Fig.: espectro electromagnético con regiones de longitud de onda y absorción atmosférica

Principales regiones del espectro electromagnético

1. Rayos cósmicos (Cosmic Rays)

Los rayos cósmicos (cosmic rays) son partículas y radiaciones de muy alta energía originadas en procesos nucleares y fenómenos del universo. Pueden ser peligrosos para los seres vivos debido a su elevada energía. La atmósfera terrestre ayuda a protegernos de gran parte de esta radiación.

Los rayos X (X-rays) poseen alta energía y capacidad de penetración. Son utilizados ampliamente en medicina, industria e investigación, permitiendo visualizar estructuras internas sin necesidad de abrir un objeto o tejido.

La radiación ultravioleta (ultraviolet) se encuentra justo por encima de la luz visible en frecuencia. Tiene aplicaciones en esterilización, fabricación electrónica, procesos fotoquímicos y curado de materiales. En altas dosis puede resultar perjudicial para los tejidos biológicos.

La luz visible (visible light) corresponde a la región del espectro que puede detectar el ojo humano. Su rango aproximado se encuentra entre:

$$380 \ nm \ a \ 740 \ nm$$

Dentro de este rango, el violeta corresponde a las longitudes de onda más cortas, mientras que el rojo corresponde a las más largas.

La radiación infrarroja (infrared) se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio. Está asociada con la emisión térmica de los cuerpos. Cuando un objeto aumenta su temperatura, emite energía infrarroja.

Esta radiación tiene numerosas aplicaciones en cámaras térmicas, visión nocturna, sensores industriales y controles remotos.

Las ondas de radio (radio waves) corresponden a la región de menor frecuencia del espectro electromagnético. Son utilizadas en sistemas de telecomunicaciones, radiodifusión, televisión, telefonía móvil, redes inalámbricas, satélites y sistemas de navegación.

Una frecuencia típica máxima de esta región puede expresarse como:

$$1 \ THz = 10^{12} \ Hz$$

Dentro de esta región se encuentran bandas importantes como:

• Muy alta frecuencia (VHF - Very High Frequency)
• Ultra alta frecuencia (UHF - Ultra High Frequency)
• Microondas (microwaves)

• La energía electromagnética puede comportarse como onda (wave) y como partícula (particle).
• La velocidad de propagación está dada por: $$u = f \lambda$$
• La energía del fotón se calcula mediante: $$E = hf$$
• A mayor frecuencia, mayor energía y menor longitud de onda.
• La atmósfera terrestre absorbe algunas radiaciones y permite el paso de otras.
• La radiación infrarroja (infrared) está asociada con la temperatura.
• Las ondas de radio (radio waves) permiten la transmisión inalámbrica de información.

• Alta frecuencia (High frequency)
• Amplitud (Amplitude)
• Antena de telefonía celular (Cellular telephone antenna)
• Antenas de telecomunicaciones y líneas de transmisión (Telecommunications antennas and transmission lines)
• Baja frecuencia (Low frequency)
• Colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, en orden de mayor a menor longitud de onda (Colors: red, orange, yellow, green, blue, indigo, and violet, in order of decreasing wavelength)
• Elementos radiactivos (Radioactive elements)
• Emisor de radio AM (AM radio transmitter)
• Emisor de radio FM (FM radio transmitter)
• Espectro electromagnético: rango completo de todas las frecuencias de radiación electromagnética (Electromagnetic spectrum: the complete range of all electromagnetic radiation frequencies)
• Frecuencia (f): número de ciclos por segundo (Frequency (f): number of cycles per second)
• Frecuencia media (Medium frequency)
• Horno de microondas (Microwave oven)
• Infrarrojo (IR): frecuencia de 300 GHz a 400 THz; longitud de onda de 1 milímetro a 700 nanómetros; usos: controles remotos, cámaras térmicas y astronomía (Infrared (IR): frequency from 300 GHz to 400 THz; wavelength from 1 millimeter to 700 nanometers; applications: remote controls, thermal cameras, and astronomy)
• Lámparas incandescentes (Incandescent lamps)
• Líneas de alta tensión (High-voltage power lines)
• Longitud de onda (λ): representada por la letra griega lambda y expresada en metros (Wavelength (λ): represented by the Greek letter lambda and expressed in meters)
• Luz visible: frecuencia de 430 THz a 770 THz; longitud de onda de 700 a 400 nanómetros; usos: visión humana, fotografía e iluminación (Visible light: frequency from 430 THz to 770 THz; wavelength from 700 to 400 nanometers; applications: human vision, photography, and lighting)
• Máquina de rayos X (X-ray machine)
• Mayor frecuencia, menor longitud de onda (Higher frequency, shorter wavelength)
• Menor frecuencia, mayor longitud de onda (Lower frequency, longer wavelength)
• Microondas: frecuencia de 300 MHz a 300 GHz; longitud de onda de 1 metro a 1 milímetro; usos: hornos de microondas, comunicaciones satelitales, Wi-Fi y Bluetooth (Microwaves: frequency from 300 MHz to 300 GHz; wavelength from 1 meter to 1 millimeter; applications: microwave ovens, satellite communications, Wi-Fi, and Bluetooth)
• Ondas de radio: frecuencia desde aproximadamente 3 Hz hasta 300 GHz; longitud de onda desde unos 100 kilómetros hasta 1 milímetro; usos: comunicación por radio y televisión, radar y navegación (Radio waves: frequency from approximately 3 Hz to 300 GHz; wavelength from about 100 kilometers to 1 millimeter; applications: radio and television communication, radar, and navigation)
• Radiaciones ionizantes (Ionizing radiation)
• Radiaciones no ionizantes (Non-ionizing radiation)
• Radiofrecuencias (Radio frequencies)
• Rayos gamma: frecuencia superior a 30 EHz; longitud de onda inferior a 0,01 nanómetros; usos: tratamiento del cáncer mediante radioterapia, esterilización médica y estudios astronómicos (Gamma rays: frequency above 30 EHz; wavelength below 0.01 nanometers; applications: cancer treatment through radiotherapy, medical sterilization, and astronomical studies)
• Rayos X: frecuencia de 30 PHz a 30 EHz; longitud de onda de 10 a 0,01 nanómetros; usos: imágenes médicas, seguridad aeroportuaria e investigación científica (X-rays: frequency from 30 PHz to 30 EHz; wavelength from 10 to 0.01 nanometers; applications: medical imaging, airport security, and scientific research)
• Relación entre frecuencia y longitud de onda: f = c / λ; λ = c / f (Relationship between frequency and wavelength: f = c / λ; λ = c / f)
• Tiempo (Time)
• Ultravioleta (UV): frecuencia de 770 THz a 30 PHz; longitud de onda de 400 a 10 nanómetros; usos: esterilización, bronceado y estudios astronómicos (Ultraviolet (UV): frequency from 770 THz to 30 PHz; wavelength from 400 to 10 nanometers; applications: sterilization, tanning, and astronomical studies)
• Velocidad de la luz (c): 299.792.458 metros por segundo (Speed of light (c): 299,792,458 meters per second)