Marzo, 05, 2021.
¿Qué es una onda electromagnética?
Para explicarte mejor que es una onda electromagnética, tenemos que conocer algunos conceptos que son claves para el entendimiento de las ondas electromagnéticas.
El primer concepto que debes conocer es la electricidad, pero ¿Qué es la electricidad? Es un fenómeno natural, que lo puedes encontrar en tormentas eléctricas y hasta en animales tales como las anguilas. La primera explicación moderna la dio el científico británico JJ Thomson, responsable de descubrir el electrón. El electrón es una partícula subatómica, super ligera que se encuentra dentro de los átomos, y responde a los efectos eléctricos la cual está cargada eléctricamente.
Entonces a la respuesta de que es la electricidad, es el movimiento de electrones en un conductor, es decir partículas cargadas en movimiento.
El segundo concepto clave que debemos entender es el magnetismo, la respuesta la encontramos también en la materia. Los electrones, estas partículas tienen unos pequeños imanes, que cuándo están juntos y ordenados, con su respectivo polo norte, y polo sur, forman un imán más grande, los cuales provocan este fenómeno muy conocido de atracción y repulsión.
Conexión entre la electricidad y el magnetismo.
¿Es posible que la corriente eléctrica produzca magnetismo? el científico Hans Christian Orsted se planteó esta pregunta y tras varios experimentos concluyó que la corriente eléctrica si produce magnetismo. Cuando se pone corriente eléctrica en un cable circular, dentro del circulo genera magnetismo, con su respectivo polo norte, y polo sur. Con estas investigaciones llegó a inspirar al matemático francés André-Marie Ampère, e hizo el descubrimiento de la ley de Ampère, donde las fuerzas de dos conductores paralelamente atravesados por corriente eléctrica ejercen fuerza uno sobre el otro.
Gracias a las anteriores investigaciones el británico Michael Faraday decidió preguntarse ¿El magnetismo podrá crear corriente eléctrica? Y después de realizar muchos experimentos, con gran esfuerzo logró concluir que sí. Se debe al movimiento de un imán dentro de un material conductor, lo que logra la creación de corriente eléctrica, y con el famoso experimento de limaduras de un imán dibujó lo que el denominaría campo, producido por una fuerza de líneas invisibles, hallando así uno de los más importantes e impactantes descubrimiento de la humanidad.
Desafortunadamente Faraday no tenía los suficientes conocimientos matemáticos para describir de manera científica su hallazgo, y así convencer a la comunidad, pero por azares del destino presentó su gran hallazgo en la Real Instituion, en las conferencias sobre ciencia que se daban semanalmente. Y de está manera logró divulgarlo en la comunidad científica.
El científico escoces James Clerk Maxwell, un prodigioso matemático, decidió estudiar y seguir los desarrollos teóricos de leyes de Gauss, las leyes de Amper, las leyes de Faraday, y el concepto de campo. Logrando unificar todos estos conocimientos en lo que se denomina electromagnetismo, describiéndolo científicamente en lo que sería en un inicio 20 ecuaciones y que ahora hoy están reducidas a cuatro. Las soluciones de sus ecuaciones dieron como resultado una onda, una onda de electricidad y magnetismo, es decir una onda electromagnética. Y estas ondas se desplazan a través del espacio a la velocidad de la luz.
Citando al final de su investigación lo siguiente “Esta velocidad es tan próxima a la de la luz que tenemos razones suficientemente fuertes para concluir que la luz misma es una perturbación electromagnética y se propaga en forma de onda por medio del campo electromagnético de acuerdo a las leyes del electromagnetismo”
Después de estos conocimientos podemos definir que una onda electromagnética es la combinación de un campo eléctrico y de un campo magnético, que se propaga en el espacio y viaja a la velocidad de la luz.
Ecuaciones de Maxwell
A continuación te presentamos las 4 ecuaciones de maxwell
Primera ecuación: La ley de Gauss.
Describe como las cargas afectan al campo eléctrico, es decir te dicen si las cargas eléctricas son positivas, si son fuentes de campo eléctrico, o sumideros de campo eléctrico si son negativas. Es decir cargas del mismo signo se repelen y de distinto se atraen. Esta ley describe que el campo eléctrico decae con la distancia.
Segunda ecuación: La ley de Gauss del magnetismo.
Describe que las fuentes y sumideros del campo magnético no existen, son cero. Es decir, el campo magnético siempre debe cerrarse.
Tercera ecuación: La ley de Faraday.
Si un campo magnético cambia en el tiempo esto activa el campo eléctrico de una manera precisa cerrándose, es decir si el campo magnético aumenta el eléctrico se orienta en el sentido de las agujas del reloj y si decrecen se orienta al contario.
Tercera ecuación: La ley de Ampere-Maxwell.
Describe un campo eléctrico cambiando en el tiempo, es decir una corriente eléctrica activa el campo magnético. Esto es muy útil porque permite generar imanes artificiales, falta con pasar corriente eléctrica a una bobina, el cual forma un campo magnético; entre se pase más corriente más intenso es el campo magnético, a esto se le llama un electroimán.
Espectro electromagnético.
El espectro electromagnético es la distribución de todas las ondas electromagnéticas. Y se componen por ondas de Radio, microondas, luz infrarroja, luz visible, ultravioleta, rayos X, y rayos Gamma.
En este aspecto las ondas electromagnéticas han revolucionado el mundo, gracias a ellas los avances tecnológicos han tenido avances muy importantes, que hoy en día son indispensables en nuestra vida cotidiana, estos son algunos ejemplos de las tecnologías que se nacieron a partir de las ondas electromagnéticas:
- Ondas de radio: es radiación electromagnética que se propagan en una frecuencia 10 THz hasta 10 kHz. Utilizadas en las telecomunicaciones como telefonía móvil, señal de Tv, Radio AM, Radio FM.
-Ondas de Microondas: son ondas de alta frecuencia, se propagan a una frecuencia entre 300 MHz y 30 GHz, y se generan en dispositivos de estado sólido o dispositivos en tubos al vacío. Tiene aplicaciones en las comunicaciones como el radar, en aparatos wireless, y radio difusión.
-Ondas Infrarrojas: son ondas electromagnéticas que se dividen en infrarrojo cercano situado aproximadamente entre 800 y 2.500 nanómetros, luego infrarrojo medio situado entre aproximadamente 5 hasta 25-40 micras, y por último infrarrojo lejano con longitudes de ondas más largas, situadas entre 25-40 y 200-350 micras. Sus aplicaciones se encuentran en el control remoto, bioimágenes detectores térmicos, termopilas, fotoconductores, y también se estudia el infrarrojo en el espacio.
- Ondas visibles: son ondas electromagnéticas que el ojo humano puede ver, situado aproximadamente en 380 a 750 nm. Un ejemplo de luz visible observable es la refracción de luz que muestra el arcoíris, sus aplicaciones están en lo sensores de teledetección, y visión nocturna, también en la visualización de color, en pantallas como ordenadores y televisores, también están presentes en las fibras ópticas, entre otros.
- Ondas Ultravioletas: son ondas electromagnéticas donde su longitud comprende aproximadamente entre los 10 y 400 nm, sus aplicaciones están en fuentes de luz fluorescentes, utilizadas en la revisión dental ultravioleta, cámaras de bronceo, inspección de obras de arte, belleza y cuidado de la piel, inspección de escenas de crimen, detección de billetes falsos, verificación de documentos, entre muchas más.
-Ondas de Rayos X: situadas en aproximadamente entre 10 a 0,01 nanómetros, con frecuencias en el rango de 30 a 30000 PHz. Su aplicación más importante está en la medicina, los rayos x, los cuales detectan enfermedades en los huesos, en tejidos blandos, y también son útiles para la detección de neumonía, tuberculosis, cáncer de pulmón y abscesos.
-Ondas de Rayos Gamma: son ondas electromagnéticas de partículas alfa, o beta, es una onda de luz más energética que los rayos x y pueden atravesar 15 cm el acero. Sus aplicaciones están en aniquilar bacterias e insectos en los alimentos, en la medicina con estos rayos se pueden tomar tomografías y realizar radioterapias, pero también pueden tener efectos adversos como producir el cáncer.
Créditos a: Date un Vlog, https://www.youtube.com/watch?v=_lrWIogPNFo&t=703s y a QuantumFracture https://www.youtube.com/watch?v=kx20kG6m-JA