Caracteristicas Del Espectro Electromagnetico

7/21/2019 Caracteristicas Del Espectro Electromagnetico

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Caractersticas del Espectro Electromagntico

Que se observa de un objeto en la superficie de la tierra?

A partir de las fotografas areas se obtienen mapas topogrficos de recursos

naturales. Aunque los mapas pueden elaborarse a partir de levantamientos

directos, en campo, ms del 95% de ellos se elaboran actualmente con el uso

de la fotografa area, especialmente para las escalas de detalle.

La fotogrametra es una tcnica que tiene por objeto la determinacin de la

forma y dimensiones de los objetos con base en las caractersticas mtricas de

sus perspectivas centrales. La fotografa area es una representacin fiel del

terreno en el momento de la exposicin y contiene una gran cantidad de

informacin que puede extraerse en los diversos temas relacionados con lasciencias naturales. La informacin que puede extraerse de una fotografa area

slo est limitada, por la capacidad del hombre para interpretar el contenido de

este caudal de informacin.

A que se refiere banda de longitud de onda.

Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro

electromagntico asignados a diferentes usos dentro de las

radiocomunicaciones. Su uso est regulado por la Unin Internacional de

Telecomunicaciones y puede variar segn el lugar. El espacio asignado a lasdiferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y parte del de

microondas y est dividido en sectores.

Se denomina espectro electromagntico a la distribucin energtica del

conjunto de las ondas electromagnticas. Referido a un objeto se denomina

espectro electromagntico o simplemente espectro a la radiacin

electromagntica que emite (espectro de emisin) o absorbe (espectro de

absorcin) una sustancia. Dicha radiacin sirve para identificar la sustancia de

manera anloga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar

mediante espectroscopios que, adems de permitir ver el espectro, permitenrealizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y

la intensidad de la radiacin.

Para su estudio, el espectro electromagntico se divide en segmentos o

bandas, aunque esta divisin es inexacta. Existen ondas que tienen una

frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en

ocasiones incluidas en dos rangos.


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Qu son las microondas?

Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas

microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango

de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como mltiples

dispositivos de transmisin de datos, radares y hornos microondas.

A que se refiere Reflexin, emisin, emisin-reflexin

El planeta recibe energa del sol en forma de luz y calor. Una parte es

transformada por las plantas durante el proceso de fotosntesis. La otraevapora el agua de los ros y los mares, y permite su circulacin en todo el

planeta. Tambin calienta la superficie y causa el movimiento del aire que

provoca los vientos.

Cmo llega la energa del sol a la Tierra?

La energa solar atraviesa el espacio y la atmsfera. No llega a la superficie de

la Tierra por conduccin, porque el aire es mal conductor del calor. Tampoco

llega por conveccin, porque las corrientes de conveccin se originan despus

del calentamiento de la Tierra. Por lo tanto la energa del sol llega a nuestroplaneta por un mecanismo de transmisin de calor diferente, denominado


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radiacin, que consiste en ondas emitidas por el sol. Durante el da, la

radiacin solar calienta el suelo, el agua de los ros y los mares, las plantas, las

paredes y techos de las casas y todo lo que se encuentra en la superficie

terrestre. Tambin participa en procesos biolgicos como la fotosntesis,

temperatura de animales poiquilotermos (animales con temperatura corporal

variable) y otros.

La reflectividad del suelo afecta a la radiacin UV tanto en la radiacin difusa

como en la directamente reflejada por la superficie. Los valores de albedo

suelen estar por debajo de 10% para la vegetacin pero la variabilidad en caso

de hielo puede alcanzar del 7 al 75% y para la nieve del 20 al 100%. La alta

reflectividad puede ser de gran importancia en la distribucin geogrfica y

estacional de la radiacin UV, especialmente en climas fros.

Los niveles de radiacin UV estn muy influenciados por la altura sobre el nivel

del mar debido a la disminucin de la capa de aire que queda por encima. As,

La radiacin ultravioleta aumenta con la altitud del lugar aproximadamente un

10% por kilmetro de elevacin. A igualdad de condiciones meteorolgicas, los

lugares elevados reciben mucha mas radiacin que a nivel del mar.

Mientras mayor sea la altitud del lugar, menor es la atenuacin de los rayos del

sol por la atmsfera, por lo que la radiacin UV ser mayor que a nivel del mar.

Efecto de la oblicuidad o masa de aire atmosfrica

Se denomina ngulo cenital al ngulo que forma la direccin aparente del solcon la vertical local. Este ngulo depende a su vez de la hora del da, la

estacin, y la latitud del sitio. La influencia de este factor tiene dos aspectos,

uno de ellos puramente geomtrico, ya que el flujo de radiacin que atraviesa

una superficie cualquiera vara con la orientacin de la superficie. Si esta es

paralela a la direccin de incidencia, el flujo de radiacin es cero, mientras que

si es perpendicular, resulta mximo. Adems de este efecto, el aumento del

ngulo cenital implica que la radiacin tiene que atravesar una capa

atmosfrica ms gruesa, y por consiguiente su atenuacin ser mayor. La

oblicuidad de los rayos del sol y el horizonte, depende de la latitud, y del da delao. La cantidad de radiacin UV de todas los tipos, que nos llega a la tierra

dependen de la hora y del ngulo que los rayos del sol forman con la superficie

receptora. Cuando el sol esta cerca del horizonte, su radiacin viaja un largo

camino a travs de la atmsfera, por lo que menos rayos UV llegan a la

superficie de la tierra y cuando el sol est en la parte ms alta, sus rayos tienen

menos camino que atravesar y caen con mayor intensidad en la superficie de la

tierra.

En latitudes medias y altas, es de mayor consideracin.


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La reflexin de los rayos solares, vara segn el tipo de superficie. Es por ello

que se debe evitar salir a tomar sol en la presencia de nieve, ya que esta refleja

el 85 % de la radiacin, y aunque te pongas un sombrero y uses gafas, la

radiacin reflejada te puede afectar. En el caso de los trpicos, la reflexin de

la arena (17%), aunque es considerablemente menor que la de la nieve, tiene

que ser tomado en cuenta, especialmente en los alrededores del medio da,

con cielo despejado.

Emisin

Todos los cuerpos, a cualquier temperatura, irradian energa. Esto significa que

adems del sol, las brasas o el horno encendido, tambin lo hacen el suelo, las

personas, los animales y cualquier objeto del universo. Es por esto que existe

un continuo intercambio de radiacin entre un elemento y su entorno. Por

ejemplo: si una persona est de pie en una habitacin, recibe radiacin de las

paredes, el piso, los muebles o del sol que entra por la ventana. A su vez, la

persona tambin la emite.

La radiacin que llega a un cuerpo puede ser absorbida, reflejada o transmitida.

En la mayora de los casos, los objetos que absorben ms radiacin de la que

emiten aumentan su temperatura y los que emiten ms de la que absorben, la

disminuyen.

Este proceso tiene lugar hasta que en los cuerpos no se producen ms

variaciones de temperatura: continan con el proceso de emisin y absorcin,pero se encuentran en equilibrio trmico. Esto se explica, considerando que se

llega a un equilibrio entre la radiacin emitida y la absorbida, y en estas

condiciones, la temperatura del cuerpo se mantiene constante.

Un panel cermico que se utiliza para calefaccionar irradia ms energa por

unidad de tiempo cuanto ms caliente se encuentre. Algo similar ocurre con

una plancha. Al acercar la mano a la superficie que apoya al planchar, se

siente la energa que genera. Si,

mediante la llave selectora, se aumenta

la temperatura de la plancha se sentir

ms calor. Los ejemplos permiten inferir

que la energa por unidad de tiempo que

emite un cuerpo depende de la

temperatura a la que se encuentre.

Este descubrimiento fue realizado empricamente por el fsico esloveno Josef

Stefan (1835-1893); a fines del siglo XIX y deducido tericamente por el

austraco Ludwin Bolztmann (1844-1906), pocos aos ms tarde. Los

resultados encontrados experimentalmente permiten determinar que todos los

cuerpos irradian energa de acuerdo con su temperatura. Es decir, los cuerpos


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no solo emiten radiacin al interactuar con otros de menor temperatura, sino

que todos, constantemente, irradian energa.

Energa radiante

La energa radiante es la energa que poseen las ondas electromagnticascomo la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos

infrarrojos (IR), etc. La caracterstica principal de esta energa es que se

propaga en el vaco sin necesidad de soporte material alguno. Se transmite por

unidades llamadas fotones.

La energa radiante es una cantidad objetiva que depende slo de la intensidad

de luz y del color de la luz. La intensidad de hecho est relacionada con el

nmero de fotones por unidad de tiempo que inciden en una superficie y el

color est relacionado con la longitud de onda o frecuencia de la luz incidente.

De hecho la potencia lumnica asociada a una fuente es la tasa detransferencia de energa en forma de luz por unidad de tiempo y puede

expresarse como:

Dnde:

, es el nmero de fotones de una cierta frecuencia \nu\, emitidos por

unidad de tiempo.

,es la constante de Planck.

Intensidad radiante

Medida de la radiacin electromagntica

Adems de la frecuencia (y longitud de onda) ya sealadas existen otras

magnitudes significativas en la radiacin electromagntica, algunas

especialmente importantes desde el punto de vista ptico. Estas magnitudes

estn directamente relacionadas con la percepcin que tenemos de la luz.

Flujo radiante

Las radiaciones electromagnticas transportan energa, de forma que un objeto

luminoso (radiador) emite energa y cualquier objeto iluminado la recibe. Lapotencia radiante o flujo radiante P es la medida de la cantidad de energa


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electromagntica que emite un radiador por unidad de tiempo. Se mide en

Watt.

La energa transportada puede manifestarse de formas muy diversas en los

cuerpos que la reciben: propiciando reacciones qumicas (fotosntesis y

bronceado), efectos elctricos (fotoclulas), efectos mecnicos (viento solar),calentamiento (estufas de infrarrojos), etc.

Intensidad radiante

La intensidad radiante de un foco puntual en una direccin dada, es el flujo

radiante por unidad de ngulo slido que abandona el foco en esa direccin. El

smbolo de la intensidad radiante es I, y sus unidades W sr-1. Si el foco es

isotrpico (es decir, si emite uniformemente en todas las direcciones), la

intensidad radiante I = /4 vatios por estereorradin.

La intensidad radiante (Ir) expresa la energa emitida por un cuerpo radiante en

cada direccin del espacio. Se expresa en Watts/estereoradin (W/sr). Si el

radiador emite por igual en todas direcciones y dado que una esfera tiene 4

estereorradianes, puede establecerse que un emisor cuyo flujo radiante sea P,

produce en sus inmediaciones una intensidad radiante Ir = P / 4 Watt/sr.

Radiacin total

El espectro es el anlisis de las distintas radiaciones sencillas que componen la

radiacin total que nos llega de un cuerpo. Por ejemplo, al color rojo le

corresponde una longitud de onda de 400 nm y al color violeta le corresponde

otra de 700 nm. Las personas podemos ver la luz, una radiacin

electromagntica cuya longitud de onda est comprendida entre esos dos

valores. Sin embargo, existen ondas electromagnticas con mayor o menor

longitud de onda como los rayos X, la radiacin ultravioleta o la infrarroja.


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El espectro electromagntico es el conjunto de ondas electromagnticas

ordenadas en funcin de su energa. De mayor a menor energa (o de menor a

mayor longitud de onda) tenemos:

Rayos gamma, Rayos X, Ultravioleta, Visible, Infrarrojo, Ondas de radio y

Microondas.

Radiacin espectral

Los cuerpos calientes emiten radiacin trmica en todo el espectro

electromagntico, sobre todo en la zona del infrarrojo. Si se mide la radianciade un cuerpo para todo el espectro de frecuencias, se obtiene la radiancia

espectral del cuerpo.

La radiacin trmica se caracteriza por la intensidad de radiacin

monocromtica o radiancia espectral (R). La radiancia espectral, o poder

emisivo espectral, indica cmo vara la intensidad de la radiacin con la

longitud de onda para una temperatura determinada.

Al analizar las curvas obtenidas con el cuerpo a distintas temperaturas, es

evidente que esta curva depende fuertemente de la temperatura, y del materialdebido a que cada material tiene su propia curva de emisividad espectral.


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Adems, a medida que aumenta la temperatura, la frecuencia a la que ocurre la

mxima radiancia va aumentando, y pasa del infrarrojo al rojo opaco, luego al

rojo brillante y al blanco.

Relacin entre flujo incidente y reflejado

Ejemplo:

Transmisin del flujo luminoso a travs de un vidrio

Cuando un rayo de longitud de onda conocida incide sobre un vidrio, una parte

del flujo incidente es reflejada, otra parte absorbida y el resto transmitida a la

otra cara.

La relacin de cada una de estas tres partes con el flujo incidente, definen losfactores de reflexin, absorcin y transmisin de cada longitud de onda,

permitiendo de esta forma estudiar y realizar la curva espectral de transmisin

de los rayos solares a travs del vidrio.

De cara a la identificacin de objetos y procesos en la superficie terrestre, lo

que nos interesa es la reflectividad de estos objetos respecto a las diferentes

longitudes de onda. Cada tipo de material, suelo, vegetacin, agua, etc.

reflejar la radiacin incidente de forma diferente lo que permitir distinguirlo de

los dems si medimos la radiacin reflejada. A partir de medidas de laboratorio

se ha obtenido la reflectividad para las distintas cubiertas en diferentes

longitudes de onda. El grfico que, para cada longitud de onda, nos da la

reflectividad en tanto por ciento se conoce como signatura espectral y

constituye una marca de identidad de los objetos. Resulta as fcil por ejemplo

distinguir entre suelo y vegetacin, e incluso entre diferentes tipos de suelo o

diferentes tipos de vegetacin.

La reflectividad en la nieve es alta en todas las longitudes de onda,

especialmente en el caso de la nieve fresca. El agua, al ser el nico elementosuperficial capaz de transmitir radiacin hacia abajo, tiene una reflectividad muy

baja aunque muy dependiente de la longitud de onda. Absorbe casi toda la

radiacin que le llega en las bandas del infrarrojo prximo y medio. La

reflectividad aumenta algo en el visible especialmente en las bandas del azul y

el verde. La turbidez del agua contribuye al aumento de la reflectividad en el

verde y en el infrarrojo reflejado. La eutrofizacin del agua aumenta su

reflectividad en el verde.


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La vegetacin tiene una reflectividad baja en el visible aunque con un pico en el

color verde debido a la clorofila. La reflectividad es muy alta en el infrarrojo

reflejado o prximo debido a la escasa absorcin de energa por parte de las

plantas en esta banda. En el infrarrojo medio hay una disminucin

especialmente importante en aquellas longitudes de onda en las que el agua de

la planta absorbe la energa.

Esta curva tan contrastada se debilita en el caso de la vegetacin enferma en

la que disminuye el infrarrojo y aumenta la reflectividad en el rojo y azul. Se

observa tambin que la reflectividad de una planta depende de su contenido en

agua. Cuando el contenido de agua aumenta disminuye la reflectividad ya que

aumenta la absorcin de radiacin por parte del agua contenida en la planta.

Finalmente el suelo tiene una reflectividad relativamente baja para todas las

bandas aunque aumentando hacia el infrarrojo. La signatura espectral es ms

simple que en el caso de la vegetacin. Sin embargo la reflectividad del suelo

va a depender mucho de la composicin qumica y mineralgica, la textura y

del contenido de humedad. Estos ltimos interrelacionados.

Los suelos arcillosos muestran tres zonas de baja reflectividad en el infrarrojoreflejado que corresponden a las longitudes de onda de mxima absorcin del

agua. Estos aparecen sea cual sea el contenido de agua. Respecto a los

suelos arenosos, las zonas de baja reflectividad aparecen ms claramente si el

contenido de agua aumenta. En general en las regiones visibles e infrarrojas

reflejado, la reflectividad aumenta cuando el contenido de agua disminuye.

Signatura espectral

Firma espectral o Signatura espectral.

El anlisis e interpretacin de las imgenes de satlite exigeconocimientos interdisciplinarios. Una slida base de fsica y en especial

de radiometra es necesaria para poder entender las imgenes de

teledeteccin. Todos los elementos geogrficos (bosques, cultivos, ros,

lagos, edificios, etc.) transforman de forma diferenciada la radiacin

electromagntica que reciben del Sol.

Cada tipo de objeto presenta a un nivel de respuesta especfico en trminos de:

% radiacin reflejada + % absorbida + % transmitida,


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La variacin de la reflectancia en funcin de la longitud de onda se la denomina

firma o signatura espectral.

La firma

espectral es

pues la medida

cuantitativa de

las propiedades

espectrales de

un objeto en una

o varias bandas

espectrales.

Tambin se la

conoce como

comportamientoespectral,

concepto que

incluye la

variabilidad

temporal de las

signaturas

espectrales, as

como su

variacin en

funcin de las condiciones meteorolgicas, de las estaciones del ao, y

de las condiciones de iluminacin.

Gracias a estos datos es posible identificar en una imagen de teledeteccin la

naturaleza de un objeto.

El emisor de radiacin ms usual para imgenes de teledeteccin es el

Sol. El Sol emite la radiacin que incide, en primer lugar, en la

atmsfera. Los gases presentes en la atmsfera, como el resto de la

materia presente en el Universo, interacta con la radiacin,

absorbindola, reflejndola o transmitindola. Una vez que la radiacin

solar ha traspasado la atmsfera interacta con la superficie terrestre,

encontrndose con todo tipo de materiales diferentes, aguas dulces,

saladas, tierras desnudas, nieve, zonas de vegetacin densa, zonas de

vegetacin arbustiva, ciudades, etc. Cada tipo de superficie interacta

con la radiacin de manera diferente, absorbiendo unas longitudes de

onda muy concretas y reflejando otras diferentes en unas proporciones

determinadas. Esta caracterstica hace posible que se puedan identificar

los distintos objetos: suelo, vegetacin, aguas, etc. ya que mediante

experimentos en laboratorio se han podido caracterizar elcomportamiento de estas distintas superficies al recibir radiacin y


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cuantificando los porcentajes de reflexin, absorcin y transmisin. A

este comportamiento concreto de cada tipo de objeto es a lo que se

llama firma o signatura espectral del mismo.

Factores que modifican las signaturas espectrales

Angulo de iluminacin solar

Modificaciones que el relieve introduce en el ngulo de iluminacin:

orientacin de laderas o pendientes

Influencia de la atmsfera: absorcin de nubes y dispersin selectiva en

distintas longitudes de onda

Variaciones medioambientales en la cubierta: asociacin con otras

superficies, homogeneidad que presenta, estado fenolgico, etc.

Sustrato edafolgico o litolgico: muy influyente cuando la cubierta

observada presenta una densidad media.

Efectos de la atmosfera sobre la radiacin electromagntica

En el espacio exterior no hay prdida de radiacin por interferencia con ningn

medio material, slo se produce el fenmeno de atenuacin debida a la ley del

cuadrado de la distancia.

Los gases y partculas de la atmsfera terrestre interaccionan con los flujos de

radiacin recibidos del Sol y con los emitidos o reflejados por la superficieterrestre. Los principales efectos de la atmsfera terrestre sobre la radiacin

incidente son:

Dispersin

Es la difusin de la radiacin producida por las partculas presentes en la

atmsfera. Se distinguen dos tipos principales:

Dispersin Rayleigh cuando la radiacin interacta con molculasatmosfricas y otras partculas pequeas cuyo dimetro es menor que la

longitud de onda de la radiacin incidente. Las longitudes de onda ms

cortas tienden a ser ms afectadas por esta modalidad de dispersin,

que las longitudes de onda ms largas. El color azul del cielo es un

ejemplo de este tipo de dispersin.


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Dispersin Mie tiene lugar cuando las partculas que interactan con la

radiacin son de mayor dimetro, por ejemplo vapor de agua y partculas

de polvo. Esta radiacin tiende a influir ms sobre las longitudes de onda

ms largas. Las puestas de sol rojizas son un ejemplo de dispersin Mie.

Absorcin

En contraste con la dispersin, la absorcin resulta en una prdida efectiva de

energa en la atmsfera. La absorcin se produce en longitudes de onda

determinadas. El vapor de agua, el dixido de carbono y el ozono son los

principales elementos que absorben la radiacin solar. Los rangos de

longitudes de onda en los cuales la atmsfera es particularmente transparente

se los denomina ventanas atmosfricas.

Los efectos de la atmsfera sobre la radiacin electromagntica varan por

diferentes factores entre los que destacan: las diferencias de recorrido, la

intensidad de la seal emitida, la longitud de onda y con las condicionesatmosfricas del momento de la observacin.


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Porque el cielo es azul

La luz del Sol se ve blanca, pero en realidad est formada por todos los

colores del arcoiris. Cuando esta brilla a travs de un prisma o cristal se

separa en todos sus colores.

El color azul del cielo se debe a

la llamada dispersin Rayleigh.

Cuando la luz del Sol atraviesala atmsfera la mayor parte de

la luz roja y amarilla, que son de

longitudes de onda ms largas,

pasan sin ser afectadas. Sin

embargo, el color azul, que tiene

longitudes de onda ms cortas,

se disparse por las molculas

gaseosas del aire.

Segn la NASA, cuando volteamos al cielo, lo que vemos es la dispersin de la

luz, razn por lo que lo vemos de color azul. En cambio, la luz que nos llega

directamente del Sol pierde parte de su color azul, por eso lo vemos de color

anaranjado.

Ms cerca del horizonte, el cielo se desvanece en un azul ms claro o blanco.

La luz solar que nos llega desde desde abajo ha pasado por ms aire, lo que

causa la dispersin de estos colores.

La dispersin de Rayleigh(en honor a Lord Rayleigh) es la dispersin de la luz

visible o cualquier otra radiacin electromagntica por partculas cuyo tamao

es mucho menor que la longitud de onda de los fotones dispersados. Ocurre


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cuando la luz viaja por slidos y lquidos transparentes, pero se ve con mayor

frecuencia en los gases. La dispersin de Rayleigh de la luz solar en la

atmsfera es la principal razn de que el cielo se distinga azul.

El color del cielo se debe a tres factores: a la composicin de la luz, a la

atmsfera y a nuestra fisiologa.

La teora del color, desarrollada inicialmente por Newton, explica que la luz

blanca est formada por la suma de todos los colores del arcoiris. Y que

cuando vemos un objeto de un color es porque refleja cierta longitud de onda y

absorbe el resto, o lo que es lo mismo, refleja ese color mientras absorbe los

dems.

En un extremo del espectro visible se encuentra el rojo, cuya longitud de ondaes la ms larga y, por ello, su frecuencia la ms baja (por eso se les llama

infrarrojos a las longitudes de onda ms largas) y en el otro extremo el violeta,

cuya longitud de onda es la mas corta y, por ello, su frecuencia la ms alta (por

eso se les llama ultravioleta a las longitudes de onda ms cortas).

La luz del sol tiene que atravesar la atmsfera para llegar a nosotros, y aunque

el aire puro es incoloro, pues todas las longitudes de onda lo atraviesan, las

minsculas partculas de polvo y de agua en suspensin, ms pequeas que

las longitudes de ondas de la luz visible, no tienen tamao suficiente para

repeler la onda y solamente la desvian ligeramente de su camino original. Unay otra y otra vez. Es lo que se conoce como dispersin.

Ocurre que las longitudes de onda del extremo azul del espectro, al ser ms

cortas, son dispersadas en mayor medida que las del resto de colores, lo que

confiere objetivamente un color azul-violeta a nuestro cielo.

Pero resulta que nuestros ojos captan el color a su manera, o mejor dicho,

nuestro cerebro interpreta la frecuencia de las ondas segn la informacin

recibida a travs de los ojos y de su particular fisiologa.

Nuestros ojos poseen unos conos sensibles a solo tres colores: rojo, verde y

azul. El resto de colores excita varios tipos de conos a la vez, o lo que es lo

mismo, podemos obtener el resto de colores a partir de la combinacin de esos

tres. Y como nuestra vista es ms sensible al color azul que al violeta, es ste

el color que observamos al contemplar el cielo.

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