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Capítulo Una onda electromagnética esla perturbación simultánea de loscam- pos eléctricos y magnéticos existentes en una misma región (James C. Maxwell fue quien descubrió las ondas electromagnéticas). Las ondas originadas por los campos eléctricos y magnéticos son de carácter transversal, encontrándose en fase, pero estando las vibra- ciones accionadas en planos perpendiculares entre sí. En el siglo pasado, Maxwell, demostró que en el vacío, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es: Ahora,Ud.Recordará,éste es el valor de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, y es que no es coincidencia; la luz es una onda electro- magnética. μ o : permeabilidad magnética = 4 π ×10 -7 ε o : permeabilidad eléctrica = 8,85×10 -12 v o o = 1 μ ε Luego: v 3×10 8 m/s Ilustración

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Una onda electromagnética es la perturbación simultánea de los cam-pos eléctricos y magnéticos existentes en una misma región (JamesC. Maxwell fue quien descubrió las ondas electromagnéticas).Las ondas originadas por los campos eléctricos y magnéticos son decarácter transversal, encontrándose en fase, pero estando las vibra-ciones accionadas en planos perpendiculares entre sí.

En el siglo pasado, Maxwell, demostró que en el vacío, la velocidad depropagación de las ondas electromagnéticas es:

Ahora, Ud. Recordará, éste es el valor de la velocidad de propagación dela luz en el vacío, y es que no es coincidencia; la luz es una onda electro-magnética.

µ o : permeabilidad magnética = 4π×10−7

εo : permeabilidad eléctrica = 8,85×10−12

vo o

=1

µ ε

Luego: v ≅ 3×108 m/s

Ilustración

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ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Es el conjunto de ondas electromagnéticas que seencuentran ordenados de acuerdo a su frecuencia(f ) y longitud de onda (λ) si bien todas las ondaselectromagnéticas son iguales por su naturaleza, losefectos que ocasionan no son siempre iguales, ra-zón por la cual a cada grupo de ondas electromag-

néticas que dan lugar a efectos similares se les haasignado un nombre.La luz visible forma parte del espectro electromag-nético, teniendo como límites el violeta de 4 100 A°y el rayo de 7 000 A°.

A continuación se dará una explicación y aplicaciones de los diversos rayos electromagnéticos

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Ondas Elect romagnÈt icas 399

Ondas de Radio AMReciben este nombre por ser las que emplean lasestaciones de radiocomunicación para realizar sustransmisiones.Son emitidas por circuitos oscilantes de radio porintermedio de una antena emisora.Tienen longitudes de onda entre 200 y 600 m.

Ondas de TV. y Radio de FMEstas ondas tienen las mismas características quelas de radio AM, pero sus frecuencias son más altas(longitud de onda corta) que las que normalmen-te usan las emisoras de radio.Las ondas de T.V. son más cortas aún que las de ra-dio FM.Las ondas de radio FM (10 y 50 m de longitud deonda), se les llama ondas cortas y tienen un alcan-ce mayor que las de radio comercial y que las deTV; esto se debe a que en la atmósfera hay una capallamada ionosfera situada a 100 km de altura queactúa como un espejo tan sólo para las ondas deradio FM, pero son prácticamente transparente paralas ondas largas así como también para las de TV.Es así que las ondas de TV tienen solo un alcancede 150 km, a no ser que se recurra a retransmisoras.

MicroondasSon ondas electromagnéticas de frecuencias másaltas que las de radio y TV (108 – 1012 Hz).Se producen mediante un generador (G) de pulsoseléctricos de duración muy corta que en combina-ción con una antena parabólica se transforma enonda electromagnética.En la actualidad el uso de estas ondas se hace im-prescindibles en las señales de televisión y trans-misiones telefónicas.

− Los sistemas radiotelefónicos enlazan todo elmundo mediante microondas.

− Las transmisiones de televisión se realizan porla vía satélite gracias a las microondas.

Rayos InfrarrojosSe les conocen también como rayos caloríficos de-bido a que son emitidos por cuerpos calientes oen estado de incandescencia (temperatura mayorde 500 °C).Estos rayos producen una sensación de calor enla piel.Tienen múltiples usos, así por ejemplo; se utilizan

Rayos UltravioletasSu nombre deriva de su posición en el espectroelectromagnético respecto al color violeta de laluz visible (frecuencia inmediatamente superior ala radiación violeta).Su fuente natural es la proveniente del Sol, sin em-bargo los técnicos lo producen por medio de lám-paras de vapor de mercurio.Su uso debe ser controlada, pues, esa radiación dis-minuye la formación de la vitamina D, producien-do el raquitismo.Así también los rayos ultravioletas pueden produ-cir bronceamiento en la piel y provocar posiblesquemaduras hasta generar cáncer en el tejido hu-mano.Se usan en algunos microscopios para estudios debiología celular.Es aplicable así mismo en algunos exámenes dediagnóstico por ejemplo, los rayos ultravioletas(controlados) al incidir en el cuero cabelludo, lospelos infectados con tiña exhiben fluorescencia,mientras que los sanos no.

en la obtención de tomas fotográficas con efec-tos nocturnos en pleno día; así también se pue-den tomar fotografías en plena oscuridad sin ne-cesidad de emplear el “FLASH”, para ello se requierematerial infrarrojo; esto generalmente lo usan losfotógrafos o técnicos profesionales para casos es-peciales.La copiadora ozalid es otra de sus imnumerablesaplicaciones.

Rayos Visibles (luz visible)Son ondas luminosas capaces de estimular el ojohumano; los demás rayos no pueden ser percibidospor la visión humana. Estos rayos visibles tomancolores definidos, su descomposición se realizageneralmente con ayuda de cuerpos cristalinos.

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Las personas que trabajan con instrumentos ópti-cos para visualizar el Sol, deben tener mucho cui-dado ya que los ojos son muy sensibles a estosrayos.

Rayos XSe puede considerar como el fenómeno inversoal efecto fotoeléctrico.Cuando se dirige una corriente de electrones emi-tida de un cátodo, acelerado por una diferenciade potencial muy alta hacia el ánodo, se produ-cen los rayos X.

Los rayos X, tienen múltiples usos:

− Se usan en las radiografías de los huesospara mostrar la estructura de los mismos,estos no pueden verse normalmente (losobjetos sólidos más densos absorben másrayos X que los menos densos) de allí que sepueden fotografiar fácilmente los huesos yno así los músculos.

− Los rayos X se usan también en la radioterapia,ya que estos destruyen con mayor rapidez lostejidos cancerosos que los sanos.

− En la industria es fácil fotografiar las piezas me-tálicas con los rayos X.

− Se usa también en el fotocopiado xerox.

Rayos Gamma (γγγγγ)Son radiaciones electromagnéticas de muy alta fre-cuencia y por lo tanto de gran energía y poderosa-mente penetrante.Proviene de un cambio de energía de un protón aun neutrón.Así por ejemplo, la explosión de una bomba ató-mica produce una emisión formidable de estos ra-yos, que pueden producir daños irreversibles en losseres vivos.Generalmente los rayos gamma van acompañadosde los rayos α y β.

ESTUDIO EXPERIMENTESTUDIO EXPERIMENTESTUDIO EXPERIMENTESTUDIO EXPERIMENTESTUDIO EXPERIMENTAL DELAL DELAL DELAL DELAL DELESPECTRO VISIBLE (LUZ)ESPECTRO VISIBLE (LUZ)ESPECTRO VISIBLE (LUZ)ESPECTRO VISIBLE (LUZ)ESPECTRO VISIBLE (LUZ)

DISPERSI” N DE LA LUZ

Es un fenómeno físico que consiste en la descompo-sición de un haz de luz en sus colores componentes.Esta visto en el espectro electromagnético que la luzvisible está ubicado en un intervalo de frecuencia.Ahora el fenómeno de refracción se hace más acen-tuado para radiaciones de frecuencias elevadas quepara las de frecuencias bajas.Este fenómeno se deja notar fácilmente haciendopasar la luz blanca a través de un prisma. Pues ahí seproducen dos refracciones consecutivas.Se observa que las radiaciones de menor frecuencia(color rojo) se desvían mucho menos que las de fre-cuencia más elevada (color violeta).

DIFRACCI” N DE LA LUZ

Es aquel fenómeno ondulatorio que consiste en laflexión (curva) que experimenta una onda al pasarpor los bordes de un obstáculo, rodeando prácti-camente esta barrera.

rayos X

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Algunas Ventajas de la Difracción:

− Gracias a la difracción de los ondas sonorases posible hablar con alguien que está detrásde un muro (ver fig. 1).

− Gracias a la difracción las ondas de radio y te-levisión se difractan con respecto a los carrosy llegan a la antena del receptor (aunque lasondas de radio llegan con mayor facilidad quelas de televisión) (ver fig. 2)

Nuestra intuición diría que cada pulso que llega al obstáculo, se refleja, mien-tras que los pulsos que no lo tocan siguen su dirección inicial (línea recta).

NOTA

Para explicar con mayorexactitud el presente fe-nómeno, recurriremos aun pequeño orificio origi-nado por dos barreras.

Experimentalmente se observa: los pulsos que no tocan el obstáculo se curveanrodeando dicha barrera, a este fenómeno se le llama difracción.

Cuando el orificio es relativamente grande, la difracción es leve.

Cuando el orificio es pequeño, la difracción se hace más pronunciada.

INTERFERENCIA

Es aquel fenómeno ondulatorio que consiste en elreposamiento o destrucción de las ondas de unamisma naturaleza al encontrarse en una misma re-gión del espacio.

Interferencia en una DimensiónSupongamos la presencia de una tensa cuerda, a lacual aplicamos un pulso.

Pasado cierto tiempo, la onda se encontrará en elpunto B, supongamos ahora que en ese instanteaplicamos un pulso idéntico al primero.

Es evidente que ahora existirían dos ondas que via-jan en un mismo sentido; notará el lector que laonda delantera llegará a la pared y se reflejará cam-biando entonces de sentido.

fig. 1 fig. 2

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Ahora, como quiera que dichas ondas viajan ensentidos contrarios, llegará un momento en quese encontrarán. Asumamos “C” el punto de en-cuentro.

Este punto “C” permanecerá inmóvil en todo mo-mento y tomará el nombre de NODO. Así tenemosentonces que en el caso de formarse una onda pe-riódica, esta ocasionaría onda reflejada y se obten-drían así varios nodos; c1, c2, c3, .....cn.

INTERFERENCIAS DE LA LUZ:EXPERIMENTO DE YOUNG

Con este experimento, Young realiza dos grandesdescubrimientos.

Para el experimento se necesita dos fuentes queproduzcan ondas en fase, es decir, que el valle deuna se forme simultáneamente con la otra, así comola cresta; esto no es fácil. (La superposición de losmovimientos ondulatorios procedentes de las dosfuentes recibe el nombre de interferencia).El aspecto más interesante del fenómeno de lasinterferencias luminosas es el mayor o menor bri-llo (u oscuridad).

La experiencia consiste en:

La luz proveniente del foco ingresa al orificio F y sedifracta. Ahora, los orificios F

1 y F

2 equidistan de F,

de modo que una cresta de la onda luminosa F lle-ga simultáneamente a F

1 y F

2, los valles llegan tam-

bién al mismo tiempo, atravesando estos orificios;las ondas de luz experimentan así, una nuevadifracción (en fase) dirigiéndose hacia la pantalla.Cuando se observa dicha pantalla se aprecian níti-damente bandas claras y oscuras denominadasfranjas de interferencia.

− Se mide por primera vez la longitud de onda(λ) de luz, no obstante su diminuta dimensiónpara ser medida.

− Ratifica la naturaleza ondulatoria de la luz yaque siendo la difracción un fenómeno ondu-latorio y cumpliendo la luz sus característi-cas: se deduce que la luz es una onda elec-tromagnética; fue así que demostró experi-mentalmente que a cada color le correspon-de una longitud de onda (λ) diferente.

λ =∆y a

db g

De la ilustración:

Como se verá, para calcular “λ”, habrá que medir cui-dadosamente ∆y, a y d .Ilustración

Este fenómeno toma el nombre de interferencia, yla configuración mostrada toma el nombre deonda estacionaria.

Interferencia en Dos DimensionesLa superposición de dos ondas como las del aguaproducen interferencia como resultado; producién-dose el llamado:− Interferencia constructiva− Interferencia destructivaSin embargo, no solo con el agua se puede pro-ducir interferencia, sino también con la luz, el pri-mero en descubrir ello fue Thomas Young en elaño 1 800.

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Aclaración importante

Basándonos en el experimento de Young: tomemosdos fuentes luminosas F1 y F2 separados a una dis-tancia “d” y una pantalla bastante alejada de dichasfuentes en comparación a la distancia “d”.

OBSERVACIONES

− El experimento de Young se puede realizarcon luz monocromática (luz de un solo color).

− La longitud de onda de la luz (λ)depende delmaterial de propagación.

− La frecuencia correspondiente a cada colorde luz es independiente del material de pro-pagación.

COLOR λ (en el aire) frecuencia

Rojo 6,5×10−7 m 4,6×1014 Hertz

Amarillo 5,7×10−7 m 5,3×1014 Hertz

Verde 5,4×10−7 m 5,6×1014 Hertz

Azul 4,8×10−7 m 6,3×1014 Hertz

Violeta 4,5×10−7 m 6,7×1014 Hertz

Cuando la distancia “D” es muy grande en compa-ración a “d”, las líneas que van de las dos fuentes aun cierto punto “P” de la pantalla son aproximada-mente paralelas. Se puede entonces representar así:

Claro está que entre la figura A y B existe una pe-queña diferencia. Esto es; en la fig (A) existe una di-ferencia de trayectos queaproximadamente es:dsen θ

POLARIZACI” N DE LUZ

Es aquel fenómeno que consiste en seleccionar detodo un conjunto de ondas, únicamente aquellasque dan lugar a vibraciones en una determinadadirección. La polarización es un fenómeno que úni-camente puede ser experimentado por las ondasde tipo transversal, entonces debemos esperar quesea posible la polarización de la luz. Se puede pola-rizar la luz, haciendo que ésta atraviese una placade un material polarizador. Estas placas denomina-das Polaroides, absorben todas las vibraciones lu-minosas, excepto aquellas que se realizan en unadeterminada dirección, la luz que emerge delpolaroide será pues polarizada.

dsen mθ λ=

Se demuestra:

Esquema

Ilustración

El polaroide absorbe los rayos en la dirección BC y deja pasar (polariza losrayos en la dirección AB).

A

B

C

La luz que llegadel Sol se reflejaen el pavimento yel polaroide sólodeja pasar los ra-yos perpendicula-res a la luz refleja-da, eliminandoasí el deslumbra-miento.

fig (A)

fig (B)

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TESTTESTTESTTESTTEST

1.- El ojo está capacitado para ver todos los siguientes

colores del espectro de luz blanca, excepto el:

a) Infrarrojo.

b) Rojo.

c) Azul.

d) Violeta.

e) Puede ver todas las anteriores.

2.- Se sabe que las siguientes viajan a la velocidad de la

luz, excepto:

a) Las ondas de radio.

b) Los rayos x.

c) Los rayos infrarrojos.

d) Las ondas sonoras.

e) Las ondas de TV.

3.- Si dos ondas luminosas se neutralizan entre si, el fe-

nómeno se llama.

a) Refuerzo.

b) Interferencia.

c) Radiación.

d) Mezcla.

e) Adición.

4.- La parte del espectro electromagnético visible al ojo

humano es:

a) Todo el espectro.

b) La mayor parte de él.

c) Al menos una cuarta parte de él.

d) Una pequeña fracción de él.

e) La décima parte de él.

5.- La banda de colores producida al pasar luz blanca a

través de un prisma se llama:

a) Espectro visible.

b) Arco iris.

c) Espectro electromagnético.

d) Efecto fotoeléctrico.

e) Espejismo.

6.- Si dos ondas luminosas viajan de tal manera que se

debilitan o cancelan, entre si, el efecto se llama.

a) Absorción.

b) Interferencia.

c) Difracción.

d) Convergencia.

e) N.A.

7.- Todas las ondas electromagnéticas:

a) Son invisibles.

b) Pueden atravesar una pared.

c) Son inofensivas.

d) Viajan a la misma velocidad.

e) Todas son ciertas.

8.- De las siguientes, las ondas electromagnéticas que tie-

nen mayores longitudes de onda y las más bajas fre-

cuencias son:

a) Los rayos infrarrojos.

b) Ondas de radio.

c) Fotones.

d) Rayos x.

e) N.A.

9.- ¿Qué color posee mayor longitud de onda?

a) Azul.

b) Violeta.

c) Rojo.

d) Verde.

e) Amarillo.

10.- Al fenómeno en que la luz se le puede observar en

distintos colores, se le llama .................

a) Refracción.

b) Reflexión.

c) Difracción.

d) Dispersión.

e) Convección.

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Ondas Elect romagnÈt icas 405Ciencia y TecnologÌa 405

El radarEl radarEl radarEl radarEl radar

Sirve para detectar la presencia de objetos fijos y mó-viles situados a gran distancia; consta de un emisor-receptor que emite ondas electromagnéticas de baja omediana frecuencia.

El control remotoEl control remotoEl control remotoEl control remotoEl control remotoRayos XRayos XRayos XRayos XRayos X

Estas ondas al chocar con un objeto, se reflejan, regresando al radar, para luego ser apreciado en una pantalla graciasal cálculo interno de un procesador el cual recibe como datos la intensidad de la onda y el tiempo transcurrido en eldoble recorrido de la misma.De este modo el radar detecta los objetos de día o de noche sin necesidad de verlos directamente.

Se usan los rayos X en las radiografías de los huesospara mostrar la estructura de los mismos, éstos nopueden verse normalmente (los objetos sólidos másdensos absorben más rayos X que los menos den-sos), de allí que se pueden fotografiar fácilmente loshuesos y no así los músculos.

El control remoto, consiste en operar un aparatoeléctrico a distancia.Para su manejo se dirige el control hacia el aparato(televisor en este caso) y se presiona la tecla con-veniente, en ese momento se emitirá un rayo infra-rrojo codificado el cual al llegar al receptor (el cuales sensible a los infrarrojos) se descodificará ejecu-tándose la orden, tal como el cambio de canal,modificación de volumen, variación del brillo, etc.Antes de usar el control remoto hay que asegurarseque entre ésta y el receptor no exista ningún obstá-culo que impida la libre circulación del rayo infrarro-jo.

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