Fisica General Burbano

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 565
Muchas veces, las ondas electromagnéticas, se caracterizan por la energía de los fotones correspondientes;
en efecto, como se verá en el capítulo XXVIII, las ondas electromagnéticas se emiten
por cuantos de energía, llamados FOTONES; la energía de un fotón vale hn en la que h es la
constante de Plank (6,626 × 10 – 24 J · s), con lo que:
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hc
h n =
l
si expresamos esta energía en electrón-voltios (1 eV = 1,602 × 10 –19 J) y la longitud de onda en
amgstron (1 Å = 10 –10 m), se obtiene: hn = 12 393/l eV. La emisión del fotón la provoca el paso
de una partícula cargada de un nivel de energía a otro de energía inferior; la energía de este fotón
es igual a la diferencia entre los dos niveles considerados (si se supone que la energía cinética de
retroceso del sistema es despreciable, lo que sucede con frecuencia). De una forma general, esta
transición puede tener lugar si el sistema se encuentra en un estado excitado, es decir, en un estado
de energía superior a la del estado fundamental, en que la energía es mínima. En un átomo,
una molécula, un cristal, y más generalmente, en un sistema formado por átomos aislados o en interacción,
el paso de un nivel de energía a otro inferior provoca la emisión de un fotón que, según
sea la energía de la transición, será un fotón de onda infrarroja, luz visible, onda ultravioleta o un
fotón X. Si las transiciones posibles forman una serie discontinua, el espectro de frecuencia de los
fotones también lo será; en caso contrario es continuo o casi continuo (niveles muy próximos).
En el núcleo del átomo, los niveles de energía de los nucleones (protones y neutrones) forman
una serie discontinua y los intervalos de energía son muy grandes. Si la energía de los fotones es
muy grande, se les llama fotones g (o radiación g).
A continuación damos una descripción de las distintas ondas electromagnéticas expresadas en
el cuadro. En el estudio de la Óptica y el Átomo trataremos algunas de ellas con más profundidad.
ONDAS DE RADIOFRECUENCIA. Tienen un intervalo de frecuencias que va desde unos pocos Hz,
con longitud de onda de unos pocos km, hasta aproximadamente 10 9 Hz y l = 0,3 m; las ondas
de radiofrecuencia se han discutido en parte en el párrafo XXIII-13. Se generan al acelerar las cargas
a través de hilos conductores (circuitos electrónicos).
MICROONDAS. Se extienden desde ~10 9 Hz (l = 0,3 m) hasta ~3 × 10 11 Hz. Son generadas
por dispositivos electrónicos especiales (Klistrón, Magnetrón, ...). Son utilizadas en las comunicaciones;
empleándose para la transmisión telefónica entre grandes ciudades; una red de este tipo
tiene la ventaja, con respecto al sistema tradicional, de que pueden transmitirse simultáneamente
muchas más conversaciones. Como en las ondas de radiofrecuencia, para su uso en grandes distancias,
es necesaria la utilización de infraestructuras (torres repetidoras y satélites artificiales); esta
técnica se utilizó por primera vez en 1962 con el satélite Telstar y en 1968, este medio de comunicación,
permitió ver en todo el mundo los Juegos Olímpicos de Japón.
Son también utilizadas en los sistemas de radar, en radio-astronomía y en el estudio de las propiedades
atómicas y moleculares de la materia; los hornos de microondas son una interesante aplicación
doméstica; en una reciente investigación se ha sugerido que la energía solar podría ser
aprovechada mediante la emisión de microondas hacia la Tierra desde un colector solar situado
en el espacio.
RAYOS INFRARROJOS. Ocupan el intervalo de frecuencias comprendido entre 3 × 10 11 Hz
(l = 10 – 3 m) y 4 × 10 14 Hz (l = 7,8 × 10 –7 m = 780 nm). Son emitidos por rotaciones y vibraciones
moleculares y por los cuerpos calientes. Pueden ser detectados por películas fotográficas especiales,
capaces de distinguir diferencias de temperatura muy pequeñas, empleándose como detectores.
Puesto que todos los cuerpos las emiten en mayor o menor cantidad según la temperatura
a que se encuentren, permiten fotografiar los objetos en la oscuridad; tienen, por tanto,
aplicaciones militares, también se emplean en el estudio del comportamiento de los animales
nocturnos, localizan fronteras terrestres y marítimas cálidas y frías. Por ser las frecuencias de las
radiaciones infrarrojas emitidas a una determinada temperatura, características de cada elemento
químico, se emplean en el análisis químico de las sustancias, técnica que se denomina espectroscopía
infrarroja.
LUZ o ESPECTRO VISIBLE. Tiene un intervalo muy estrecho del espectro de las ondas electromagnéticas
y comprende desde aproximadamente 4 × 10 14 Hz (l = 780 nm, rojo) hasta
~8 × 10 14 Hz (l ; 380 nm, violeta). La luz es producida por el ajuste interno de los electrones
más periféricos de los átomos y las moléculas. Es obvia su importancia, a ella se dedica una de las
partes de la Física: la Óptica. Produce diferentes sensaciones en los seres humanos, llamadas colores,
que dependen de la frecuencia de la onda electromagnética detectada por el ojo. En el espectro
visible que damos, las bandas correspondientes a los colores son aproximadas.
RAYOS ULTRAVIOLETA. Cubren la región del espectro de frecuencias comprendidas entre
~8 × 10 14 Hz (l ; 3,8 × 10 –7 m) y ~3 × 10 –17 Hz (l ; 6 × 10 –10 m). Se producen por átomos y
moléculas en descargas eléctricas. El Sol es una fuente muy poderosa de radiación ultravioleta. Se
detectan con placas fotográficas y con dispositivos electrónicos tales como: la célula fotoeléctrica y
ESPECTRO VISIBLE