jueves, 22 de octubre de 2009

Espectro electromagnético

las ondas de luz, las de radio y los rayos x, son tipos de ondas electromagnéticas. Sólo se distinguen en la longitud de onda. Y todas estás ondas constituyen el espectro electromagnetismo.





INTRODUCCIÓN

Un espectro es una serie de colores semejante a un arco iris —por este orden: violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo— que se produce al dividir una luz compuesta como la luz blanca en sus colores constituyentes. El arco iris es un espectro natural producido por fenómenos meteorológicos.

Puede lograrse un efecto similar haciendo pasar luz solar a través de un prisma de vidrio. La primera explicación correcta de este fenómeno la dio en 1666 el matemático y físico británico Isaac Newton (1642-1727) . Newton fue considerado uno de los más grandes científicos de la historia, que hizo importantes aportaciones en muchos campos de la ciencia. Sus descubrimientos y teorías sirvieron de base a la mayor parte de los avances científicos desarrollados desde su época.

La óptica fue otra área por la que Newton demostró interés... Al tratar de explicar la forma en que surgen los colores llegó a la idea de que la luz del Sol es una mezcla heterogénea de rayos diferentes —representando cada uno de ellos un color distinto— y que las reflexiones y refracciones hacen que los colores aparezcan al separar la mezcla en sus componentes. Newton demostró su teoría de los colores haciendo pasar un rayo de luz solar a través de un prisma, el cual dividió el rayo de luz en colores independientes.

I

En la actualidad, el término espectro se aplica frecuentemente en un sentido más amplio a cualquier distribución ordenada producida por el análisis de un fenómeno complejo. Un sonido complejo, como por ejemplo un ruido, puede analizarse como un espectro acústico formado por tonos puros de diferentes frecuencias. Igualmente, una mezcla compleja de elementos o isótopos con distinta masa atómica puede ser separada en una secuencia ordenada según su masa atómica y denominada espectro de masas.

La espectroscopia no sólo ha proporcionado un método importante y sensible para el análisis químico, sino que ha sido el principal instrumento para descubrimientos en campos aparentemente no relacionados, como la astrofísica o la teoría atómica. En general, los cambios en el movimiento de los electrones exteriores de los átomos dan lugar a espectros en la región visible, infrarroja y ultravioleta. Los cambios en el movimiento de los electrones interiores de los átomos pesados producen espectros de rayos X. Los cambios en la configuración del núcleo de un átomo producen espectros de rayos gamma. Los cambios en la configuración de las moléculas producen espectros visibles e infrarrojos.

Los distintos colores de luz tienen en común el ser radiaciones electromagnéticas que se desplazan con la misma velocidad, aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. Se diferencian en su frecuencia y longitud de onda (la frecuencia es igual a la velocidad de la luz dividida entre la longitud de onda). Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la misma frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la luz es tan corta que suele expresarse en nanómetros (nm), que equivalen a una milmillonésima de metro, o una millonésima de milímetro. La longitud de onda de la luz violeta varía entre unos 400 y 450 nm, y la de la luz roja entre unos 620 y 760 nm.

Conozcamos a continuación los siguientes términos: Las Radiaciones electromagnéticas, La luz, Arco iris.

Las Radiaciones electromagnéticas son Ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio.




Espectro de la luz blanca

Muchas fuentes de luz, como el Sol, emiten luz blanca. Esta luz es una mezcla de varios colores: cuando pasa por un prisma, se divide formando un espectro. El prisma desvía (refracta) más o menos la luz de diferentes colores. La luz roja es la menos refractada, y la violeta la más refractada.

Cuando un rayo de luz pasa de un medio transparente como el aire a otro medio transparente, por ejemplo vidrio o agua, el rayo se desvía; al volver a salir al aire vuelve a desviarse. Esta desviación se denomina refracción; la magnitud de la refracción depende de la longitud de onda de la luz. La luz violeta, por ejemplo, se desvía más que la luz roja al pasar del aire al vidrio o del vidrio al aire. Así, una mezcla de luces roja y violeta se dispersa al pasar por un prisma en forma de cuña y se divide en dos colores.

Los aparatos para observar visualmente un espectro se denominan espectroscopios. En el siglo XIX, los científicos descubrieron que más allá del extremo violeta del espectro podía detectarse una radiación invisible para el ojo humano pero con una marcada acción fotoquímica; se la denominó radiación ultravioleta. Igualmente, más allá del extremo rojo del espectro se detectó radiación infrarroja que aunque era invisible transmitía energía, como demostraba su capacidad para hacer subir un termómetro. Como consecuencia, se redefinió el término espectro para que abarcara esas radiaciones invisibles, y desde entonces se ha ampliado para incluir las ondas de radio más allá del infrarrojo y los rayos X y rayos gamma más allá del ultravioleta.

La Luz es una forma de radiación electromagnética similar al calor radiante, las ondas de radio o los rayos X. La luz corresponde a oscilaciones extremadamente rápidas de un campo electromagnético, en un rango determinado de frecuencias que pueden ser detectadas por el ojo humano.





Espectro de la luz blanca

Muchas fuentes de luz, como el Sol, emiten luz blanca. Esta luz es una mezcla de varios colores: cuando pasa por un prisma, se divide formando un espectro. El prisma desvía (refracta) más o menos la luz de diferentes colores. La luz roja es la menos refractada, y la violeta la más refractada.

El Arco iris es un arco luminoso que muestra los colores del espectro dispuestos ordenadamente; está causado por gotas de agua que caen por el aire. Suele verse en el cielo en la dirección opuesta al Sol, cerca de lluvia o de agua pulverizada en las cascadas. En el arco más brillante, el primario, que muchas veces es el único visible, los colores se disponen con el rojo en el lado externo. Sobre este arco perfecto hay otro secundario donde los colores están en orden inverso; este arco es más apagado porque se produce tras una reflexión doble en el interior de las gotas.





Cuando un rayo de Sol penetra en una gota de lluvia se refracta (o desvía) en ella y se refleja en su interior de tal forma que aparece un espectro de colores. Sin embargo, sólo pueden verse cuando el ángulo de reflexión entre el Sol, la gota de agua y la línea de visión del observador se sitúa entre 40° y 42°.

Cuando el Sol está bajo en el cielo, el arco iris aparece alto; al ascender el Sol, el arco iris parece descender manteniendo el ángulo crítico entre 40° y 42º. A más de 42° sobre el horizonte, no se puede ver el arco iris porque el ángulo requerido pasa por encima de la cabeza del observador.

Rojo 620 a 1000 nm

Naranja 590 a 620 nm

Amarillo 550 a 590 nm

Verde 490 a 550 nm

Azul 430 a 490 nm

Violeta 390 a 430 nm

las ondas de luz, las de radio y los rayos x, son tipos de ondas electromagnéticas. Sólo se distinguen en la longitud de onda. Y todas estás ondas constituyen el espectro electromagnetismo.

La luz es una forma que nos es muy familiar de radiación electromagnética. Sin embargo, hay otras formas de radiación electromagnética (EM), tales como los rayos X, ondas de radio y "luz" ultravioleta e infrarroja. Todos juntos, estos diferentes tipos de radiación electromagnética forman el espectro electromagnético. En orden de energía, de mayor a menor, las secciones del espectro electromagnético (EM) se llaman: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, y ondas de radio. Las microondas (como las que se usan en los hornos microondas) son una subsección, de la sección de ondas de radio del espectro electromagnético (EM). Todas las ondas viajan a la velocidad de la luz.

Entonces se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia

Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y las frecuencias más altas conocidas. Son ondas de alta energía capaces de viajar a larga distancia a través del aire y son las más penetrantes.

Los rayos X tienen longitudes de onda más largas que los rayos gamma, pero menores que la radiación ultravioleta y por lo tanto su energía es mayor que la de estos últimos. Se utilizan en diversas aplicaciones científicas e industriales, pero principalmente utilizan en la medicina como la radiografía. Consisten en una forma de radiación ionizante y como tal pueden ser peligrosos. Los rayos X son emitidos por electrones del exterior del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo.

La radiación ultravioleta (UV) se define como la porción del espectro electromagnético que se encuentra entre los rayos X y la luz visible.

La luz visible —también espectro visible— es la parte de espectro electromagnético que los ojos humanos son capaces de detectar. Cubre todos los colores del azul a 400 nm al rojo a 700 nm. La luz azul contiene más energía que la roja.

La radiación infrarroja (IR) —también radiación térmica— es la parte del espectro electromagnético que se encuentra entre la luz visible y las microondas. La fuente natural más importante de radiación infrarroja es el Sol.

Las ondas radioeléctricas tienen longitudes de onda largas que varían unos pocos centímetros a miles de kilómetros de longitud. Sus principales usos son en la televisión, los teléfonos móviles y las comunicaciones por radio.




Como se puede observar, la parte visible del espectro es realmente muy pequeña en relación con los otros tipos de energía. De izquierda a derecha, el espectro muestra un incremento de energía. Este incremento de energía se ve en un incremento en la frecuencia. Y la frecuencia está en relación inversa con la longitud de onda.


Conclusión:

De la explicación anterior concluimos lo siguiente:

- Todos los tipos de radiación electromagnética (los que en su conjunto se conocen como el "espectro electromagnético") son un mismo fenómeno, y sólo difieren entre sí por el tamaño de sus ondas.

- Hemos creado una división del espectro electromagnético y asignado nombres a sus partes por razones de tecnología e históricas, pero fundamentalmente estamos hablando del mismo fenómeno.

- El ojo humano sólo es sensible a una muy pequeña parte del espectro electromagnético: a la "luz visible". ¿Por qué es esto? Muy probablemente por razones evolutivas. La temperatura del Sol es tal que emite la mayoría de su energía como luz visible. Por lo tanto, la mayoría de las plantas y los animales de la Tierra evolucionaron de tal modo que pudieron aprovechar esta energía.

- Y por último. Es posible diseñar instrumentos que detecten y/o emitan radiación diferente a la "visible". El siglo XX vio aparecer estos instrumentos, y hoy los usamos todos los días: mediante ondas de radio recibimos llamadas al celular, vemos nuestro programa de televisión favorito, y calentamos nuestra comida en el microondas. Con ondas infrarrojas cambiamos el canal de la televisión a través del control remoto o manejamos nuestro carrito de juguete. Con luz ultravioleta esterilizamos muchos productos, incluyendo agua y alimentos; y los rayos X y gamma tienen las aplicaciones médicas que todos conocemos (aunque también pueden ser peligrosos).


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