Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas fueron postuladas por primera vez por James Clerk Maxwell y confirmadas posteriormente por Heinrich Hertz. Las ondas electromagnéticas se crean como resultado de las vibraciones entre un campo eléctrico y un campo magnético. En este artículo, exploraremos la definición y formación de las ondas electromagnéticas junto con las representaciones gráficas y matemáticas de las ondas electromagnéticas en detalle.

¿Qué son las Ondas Electromagnéticas?

Las ondas electromagnéticas también se conocen como ondas EM. Las radiaciones electromagnéticas están compuestas por ondas electromagnéticas que se producen cuando un campo eléctrico entra en contacto con el campo magnético. También puede decirse que las ondas electromagnéticas son la composición de campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Las ondas electromagnéticas son soluciones de las ecuaciones de Maxwell, que son las ecuaciones fundamentales de la electrodinámica.

¿Cómo se Producen las Ondas Electromagnéticas?

• Generalmente, una partícula cargada produce un campo eléctrico. Este campo eléctrico ejerce una fuerza sobre otras partículas cargadas. Las cargas positivas aceleran en la dirección del campo y las cargas negativas aceleran en dirección opuesta a la del campo.
• El campo magnético es producido por una partícula cargada en movimiento. Este campo magnético ejerce una fuerza sobre otras partículas en movimiento. La fuerza sobre estas cargas es siempre perpendicular a la dirección de su velocidad y, por tanto, sólo cambia la dirección de la velocidad, no la rapidez.
• Así pues, el campo electromagnético es producido por una partícula cargada en aceleración. Las ondas electromagnéticas no son más que campos eléctricos y magnéticos que viajan por el espacio libre con la velocidad de la luz c. Una partícula cargada en aceleración se produce cuando la partícula cargada oscila alrededor de una posición de equilibrio. Si la frecuencia de oscilación de la partícula cargada es f, entonces produce una onda electromagnética con frecuencia f. La longitud de onda λ de esta onda viene dada por λ = c/f. Las ondas electromagnéticas transfieren energía a través del espacio.

Representación Gráfica de las Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas se representan mediante un gráfico sinusoidal. Consiste en campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo que son perpendiculares entre sí y también son perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas. Las ondas electromagnéticas son transversales por naturaleza. El punto más alto de la onda se conoce como cresta, mientras que el punto más bajo se conoce como valle. En el vacío, las ondas viajan a una velocidad constante de 3 x 10⁸ m.s^-1.

Representación Matemática de las Ondas Electromagnéticas

Una onda electromagnética plana que viaja en la dirección x es de la siguiente forma:

E(x, t) = E_max cos(kx – ωt + ϕ)

B(x, t) = B_max cos(kx – ωt + ϕ)

En la onda electromagnética, E es el vector del campo eléctrico y B es el vector del campo magnético.

Maxwell dio la idea básica de las radiaciones electromagnéticas, mientras que Hertz confirmó experimentalmente la existencia de una onda electromagnética.

La dirección de propagación de la onda electromagnética viene dada por el producto vectorial cruzado del campo eléctrico y el campo magnético. Se da como:

Ecuación de Onda Electromagnética

• La ecuación de onda electromagnética describe la propagación de ondas electromagnéticas en el vacío o a través de un medio.
• La ecuación de onda electromagnética es una ecuación diferencial parcial de segundo orden.
• Es una forma tridimensional de la ecuación de ondas.
• La forma homogénea de la ecuación se escribe como

Donde,

Intensidad de una Onda Electromagnética

Velocidad de las ondas electromagnéticas en el espacio libre

Viene dado por

Donde,

µ₀ se denomina permeabilidad absoluta. Su valor es 1.257 x 10^-6TmA^-1

ϵ₀ se denomina permitividad absoluta. Su valor es 8.854 x 10^-12C²N^-1m^-2

C es la velocidad de la luz en el vacío = velocidad de las ondas electromagnéticas en el espacio libre =

3 x 10⁸ ms^-1

Espectro Electromagnético

Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia f o según su longitud de onda

λ = c / f

Los rangos de longitud de onda de las distintas luces son los siguientes,

Para la luz visible – aprox. 400 nm a aprox. 700 nm

Para la luz violeta – aprox. 400 nm

Para la luz roja – aprox. 700 nm

Aplicaciones de las Ondas Electromagnéticas

A continuación se describen algunas aplicaciones de las ondas electromagnéticas:

• Las radiaciones electromagnéticas pueden transmitir energía en el vacío o sin utilizar ningún medio.
• Las ondas electromagnéticas desempeñan un papel importante en la tecnología de la comunicación.
• Las ondas electromagnéticas se utilizan en los RADARES.
• Los rayos UV se utilizan para detectar billetes falsos. Los billetes auténticos no se vuelven fluorescentes bajo la luz ultravioleta.
• La radiación infrarroja sirve para la visión nocturna y se utiliza en las cámaras de seguridad.

Preguntas Frecuentes