¿Qué es el espectro electromagnético?

El espectro 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. El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.

Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja. Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente. El comportamiento de la radiación 

electromagnética depende de su longitud de onda. 

De acuerdo a esto hay distintos tipos de radiación:

Radiofrecuencia: Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado.Se usan para la transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio.Las ondas de radio pueden transportar información variando la combinación de amplitud, frecuencia y fase de la onda dentro de una banda de frecuencia. El uso del espectro de radio está regulado por muchos gobiernos mediante la asignación de frecuencias. (AM y FM)

Microondas: La frecuencia super alta (SHF) y la frecuencia extremadamente alta (EHF) de las microondas son las siguientes en la escala de frecuencia. Las microondas son absorbidas por la moléculas que tienen un momento bipolar en líquidos. En un horno microondas, este efecto se usa para calentar la comida. La radiación de microondas de baja intensidad se utiliza en Wi-Fi.

 Rayos T: La radiación de terahertzios (o Rayos T) es una región del espectro situada entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, este rango estaba muy poco estudiado, ya que apenas había fuentes para la energía microondas en el extremo alto de la banda (ondas submilimétrica o también llamadas ondas terahertzios). 

Radiación infrarroja: La parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango desde aproximadamente los 300 GHz (1 mm) hasta los 400 THz (750 nm). Puede ser dividida en tres partes:

-Infrarrojo lejano, desde 300 GHz (1 mm) hasta 30 THz (10 μm). El agua en la atmósfera de la Tierra absorbe tan 

fuertemente esta radiación que confiere a la atmósfera efectividad opaca.

 -Infrarrojo medio, desde 30 a 120 THz (10 a 2.5 μm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango. Se absorbe por vibraciones moleculares, es decir, cuando los diferentes átomos en una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio.

-Infrarrojo cercano, desde 120 a 400 THz (2500 a 750 nm). Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible.

Radiación visible (luz): Este es el rango en el que el Sol y las estrellas similares a él emiten la mayor parte de su radiación. No es probablemente una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que el sol emite con más fuerza. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del espectro electromagnético. Un arco iris es un ejemplo de la parte óptica (visible) del espectro electromagnético.

Luz ultravioleta: Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que cambia su comportamiento. El Sol emite una gran cantidad de radiación UV, lo que podría convertir rápidamente la Tierra en un desierto estéril si no fuera porque, en su mayor parte, es absorbida por la capa de ozono de la atmósfera antes de alcanzar la superficie.

Rayos X: Se usan generalmente para ver a través de algunos objetos, así como para la física de alta energía y la astronomía. Las estrellas de neutrones y los discos de acreción alrededor de los agujeros negros emiten rayos X, lo que nos permite estudiarlos. Los rayos X pasan por la mayor parte de sustancias, y esto los hace útiles en medicina e industria. También son emitidos por las estrellas, y especialmente por algunos tipos de nebulosas. Un aparato de radiografía funciona disparando un haz de electrones sobre un "objetivo". Si los electrones se disparan con suficiente energía, se producen rayos X.

Rayos gamma: Son los fotones más energéticos, y no se conoce el límite más bajo de su longitud de onda. Son útiles a los astrónomos en el estudio de objetos o regiones de alta energía, y son útiles para los físicos gracias a su capacidad penetrante y su producción de radioisótopos. La longitud de onda de los rayos gamma puede medirse con gran exactitud por medio de dispersión Compton. No hay ningún límite exactamente definido entre las bandas del espectro electromagnético.


 

Aplicaciones del espectro electromagnetico.

El conocimiento que se tiene hoy en día del espectro electromagnético es bastante acabado y sus aplicaciones son muchas, cada vez que conversamos por el celular, que sintonizamos una radio, vemos un programa de televisión, o que sentimos el calor del sol, estamos percibiendo de una u otra forma radiaciones electromagnéticas.  La luz visible es solo una pequeña parte de la familia de ondas electromagnéticas que forman el espectro. Sus aplicaciones dependen según el tipo de onda electromagnética:

Las ondas microondas: Una aplicación es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiación electromagnética de muy alta frecuencia tiene mucha energía, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo.  Las comunicaciones y el radar son otras dos aplicaciones de las microondas.


Las ondas de radio:  se emplean sobre todo en el tratamiento denominado onda corta.Se trata de un tipo de corriente alterna de alta frecuencia caracterizada por tener una longitud de onda comprendida entre 1 y 30 metros (10-300 MHz). La onda corta, debido a su alta frecuencia es capaz de atravesar toda clase de cuerpos, tanto conductores como no conductores.


Infrarrojos: se utilizan cuando encendemos el televisor y cambiamos de canal con nuestro mando a distancia; en el supermercado, nuestros productos se identifican con la lectura de los códigos de barras; vemos y escuchamos los discos compactos... todo, gracias a los infrarrojos. Estas son sólo algunas de las aplicaciones más simples, ya que se utilizan también en sistemas de seguridad, estudios oceánicos, medicina, etc.


Rayos x: se emplean sobre todo en los campos de la investigación científica, la industria y la medicina.


Rayos gamma: se utilizan para esterilizar instrumentos que no pueden ser esterilizados por otros métodos, y con riesgos considerablemente menores para la salud, también son utilizados en la radioterapia.ue se tiene hoy en día del espectro electromagnético esbastante acabado y sus aplicaciones son muchas: cada vez que conversamospor teléfono móvil, que sintonizamos una radio, vemos un programa de televisión, o que sentimos el calor del Sol, estamos percibiendo de una uotra manera radiaciones electromagnéticas. La luz visible es solo unapequeña parte de la familia de ondas electromagnéticas que formanel espectro.Las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades de la luz estudia-das hasta ahora, y su estudio ha permitido acceder a realidades hasta ahora“invisibles para el ser humano”.ue se tiene hoy en día del espectro electromagnético esbastante acabado y sus aplicaciones son muchas: cada vez que conversamospor teléfono móvil, que sintonizamos una radio, vemos un programa de televisión, o que sentimos el calor del Sol, estamos percibiendo de una uotra manera radiaciones electromagnéticas. La luz visible es solo unapequeña parte de la familia de ondas electromagnéticas que formanel espectro.Las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades de la luz estudia-das hasta ahora, y su estudio ha permitido acceder a realidades hasta ahora“invisibles para el ser humano”.ue se tiene hoy en día del espectro electromagnético esbastante acabado y sus aplicaciones son muchas: cada vez que conversamospor teléfono móvil, que sintonizamos una radio, vemos un programa de televisión, o que sentimos el calor del Sol, estamos percibiendo de una uotra manera radiaciones electromagnéticas. La luz visible es solo unapequeña parte de la familia de ondas electromagnéticas que formanel espectro.Las ondas electromagnéticas tienen todas las propiedades de la luz estudia-das hasta ahora, y su estudio ha permitido acceder a realidades hasta ahora“invisibles para el ser humano”.


Ventajas e inconvenientes de las ondas electromagnéticas.


La principal ventaja de las ondas electromagnéticas es que tienen muchas utilidades. Son utilizadas en el campo de la comunicación, en medicina, la industría,...Sin embargo, tambien tienen algunos inconvenientes como los efectos perjudiciales de algunas de ellas sobre la salud. Los efectos sobre la salud de las ondas electromagnéticas son muy variados en función de su frecuencia; es decir, de la energía que portan sus fotones. Abarcan desde los efectos nulos, para muy bajas frecuencias, hasta efectos gravísimos en el caso de los rayos gamma o de los rayos cósmicos. Aparte de los efectos bioquímicos, las ondas electromagnéticas, presentan claros aspectos biofísicos. En el rango de frecuencias que nos importa el efecto térmico es manifiesto y su influencia en la salud innegable. El efecto térmico es debido a que todo campo electromagnético variable, y una onda es eso, induce corrientes eléctricas, y éstas a su vez disipan energía, en mayor o menor cuantía dependiendo de los coeficientes de conductividad e inducción. La disipación de energía contribuye evidentemente a la elevación de la temperatura, que será de forma local o general dependiendo que la irradiación sea local o general.

Espectro de emision del elemento hidrogeno

Esto tiene que ver desde el principio de que fue el primer ejemplo que  Isaac Newton  uso esto para la cuantización de la luz para poder estudiar los espectros atómicos. Todos los átomos y moléculas absorben luz de ciertas frecuencias. En la imagen se puede observar el espectro de absorción de los átomos de hidrógeno.

La absorción de menor energía corresponde a la linea situada a 82 259 cm-1 , cada que se avanza las lineas comienzan a estar menos espaciadas, cuando ya están juntas la absorción es continua.

Si los átomos y moléculas se calientan a temperaturas muy elevadas, emiten luz de ciertas frecuencias. Los átomos del hidrógeno emiten luz roja cuando se calientan, a este fenómeno se le conoce como espectro de emisión. 

En la imagen anterior se muestra el espectro de emisión del hidrógeno atómico, y en ella se muestran tres grupos distintos de lineas, estos tres grupos reciben el nombre de los científicos que las descubrieron. La primera sección que cubre del 82 259 cm-1 hasta 109 678 cm -1 se denomina serie de Lyman y cubre la región del ultravioleta. La segunda serie que cubre del 15 233 cm -1 hasta el 27 420 cm -1 recibe el nombre de serie de Balmer y se extiende en una gran porción de la región visible y parte del ultravioleta. La ultima serie entre 5 332 cm -1 y 12 186 cm -1 se llaman serie de Paschen y se encuentran en el infrarrojo próximo.

A continuación la imagen para una clara comprensión:

¿Cómo se describe una onda, una longitud de onda y la frecuencia?

Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Cabe aclarar que una onda transporta energía y cantidad de movimiento pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación. Por ejemplo: la onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga al golpear su punta. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda.


La longitud de onda (símbolo l) es la distancia de una cresta en una onda a la cresta de la siguiente onda. Para entender el concepto tenemos que saber que es una cresta, la cresta es el punto mas alto de la onda.

En algunos tipos de radiación, las crestas están muy separadas, mientras en otras están muy juntas. Cuando las crestas están juntas, muchas ondas pasan por cierto punto en un segundo.

La frecuencia (símbolo v, nu) es el número de ondas que pasan por cierto punto en un segundo. 

Ahora a todo esto, ¿con que se relaciona onda, longitud de onda y frecuencia con el espectro electromagnético?

Pues nos encontramos que todo lo mencionado anteriormente tiene que ver, en que depende de la frecuencia y la longitud de onda, en que podamos clasificar o saber el campo de visión del espectro, por mencionar un ejemplo, se sabe  que las ondas de radio tienen longitudes de onda más largas y frecuencias menores que las longitudes de onda más cortas y mayor frecuencia de la luz ultravioleta o los rayos gamma.

A lo que tambien nos permite saber, el rango que tiene cada Espectro en poder ser percibido y en la emision de energia que transmite cada onda.

Bibliografia:

• Fisica

          Giambatista,Richardson
          Mc Graw Hill.

• Quimica

         Timberlake-Timberlake
          Pearson Prentice Hall.

• Principios de química.

         Dickerson Gray, Darensbourg.

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