Fundamentos de Electricidad y Magnetismo

Presentación # 5 Jorge Leonardo Barbosa R.

Código: 261874Grupo 12 – NL 06

El Espectro Electromagnético

Radiación Electromagnética consiste en una oscilación perpendicular de un campo eléctrico y magnético y se produce debido a los cambios cíclicos existentes entre estos campos. Dicha radiación transporta energía de un punto a otro, moviéndose a la velocidad de la luz.

Estas ondas de radiación electromagnética están compuestas por crestas (punto que ocupa la posición mas alta de la onda) y valles (punto que ocupa la posición mas baje de la onda), además de otros parámetros como lo son:

Longitud de onda (λ) Representa la distancia que existe entre dos crestas o valles.

Frecuencia (v) Esta determinada por las veces en que la onda corta la línea base en la unidad de tiempo. Las propiedades de radiación de penden de esta y sus unidades son los Hertz.

Amplitud de onda (A) Esta definida por la distancia que separa el pico de la cresta o valle de la línea base.

* La energía que transporta la onda es proporcional al cuadrado de la amplitud.

Onda Electromagnética

La luz visible, es decir las ondas electromagnéticas para las cuales el ojo humano esta adaptado, se encuentran entre longitudes de onda entre los 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo).

Por otro lado se dedujo con las ecuaciones de Maxwell que existen longitudes de onda por encima y por debajo de estos limites visuales. Estas formas de "luz invisible" se han encontrado y organizado de acuerdo a sus longitudes en el espectro electromagnético. 

Espectro Electromagnético: Es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.

• Una onda electromagnética es un campo eléctrico variando con el tiempo o bien se puede entender como la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Los Aspectos teóricos de las ondas electromagnéticas se relacionan con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de maxwell.

Las Ondas Electromagnéticas son transversales, las direcciones en que van el campo eléctrico y magnético son perpendiculares a la propagación.

Diagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo de longitud de onda, frecuencia y temperatura de emisión de cuerpo negro.

Ahora bien, los fotones son las partículas elementales del fenómeno electromagnético. Existe una constante que relaciona la Energía (E) de estos con la frecuencia (v) de la onda lumínica, dicha constante recibe el nombre de Constante de Plank (h). Es así que se obtiene la siguiente formula:

h = 6.62606896(33)×10 -34 [J s] (Julios* seg.) , ó bien,h = 4.13566733(10)×10 -15 [eV s] (Electronvoltios* seg.)

Por otra parte, la longitud de onda se puede relacionar se puede relacionar con la frecuencia si la velocidad de propagación (v) es constante siendo la longitud de onda (λ) e inversamente proporcional a la frecuencia (f).

Sin embargo para la luz y otras ondas que viajan en el vacio la velocidad (v) es aproximadamente 300.000 km/s la velocidad de la luz (c) y para ondas de sonido que se desplazan en el aire igual a 343 m/s, es decir, que la anterior ecuación también se puede expresar como:

Por ejemplo podemos calcular la energía producida por el color verde ( λ =5000[Å]):

Siendo Å : Angstroms y 1Å = 10-10 m

v λ = c => v = c/ λv = 3 × 10 8 / 5000 A (10-10 )

v = 3 × 10 8 / 5A (10-7 )v = 0,6 × 1015 [Hz]

Energía: E[J]= v hE[J]= (0,6 × 1015 )(6,6 × 10-34)

E[J]= 3,96 × 10-19 J ≈ 4 × 10-19 J

Si 1J = 1 /1,6 × 10-19 [eV] o bien 1eV=1,6 × 10-19 [J]

Energía: E[eV]= 4 × 10-19 (1019 /1,6) [eV]E[eV]= 4 / 1,6 [eV]

E[eV]= 2,5 [eV]

Así mismo para calcular la frecuencia de los colores como el Rojo ( λ =6000[Å]) o el Violeta ( λ =3500[Å]):

Rojo:v = 3 × 10 8 /6000 A (10-10)

v = 3 × 10 8 / 6A (10-7)v = 0,5 × 1015 [Hz]

Violetav = 3 × 10 8 /3500 A (10-10)

v = 3 × 10 8 / 3,5A (10-7)v = 0,85 × 1015 [Hz]