Propagación de las Ondas

Electromagnéticas

na onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación

electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados

con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A

diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas se propagan por el

espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío.

Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las

oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado.

Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad constante muy

alta, pero no infinita de 300.000 km por segundo.

A esta velocidad podemos:

o darle la vuelta entera a la Tierra en 20 milisegundos.

o viajar a la Luna en 1,3 segundos.

o llegar al Sol en 8 minutos 19 segundos.

o llegar a la estrella más cercana en 4,2 años.

Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto

tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que

ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos

eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones

de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro

"construya" el escenario del mundo en que estamos.

Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento

complejo del mundo actual.

Origen y formación:

Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas. El

campo eléctrico originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, la

aceleración de la carga y del seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la

carga y a la dirección al punto en que medimos el campo. En la teoría ondulatoria,

desarrollada por Huygens, una onda electromagnética, consiste en un campo eléctrico

que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los

campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampere) y los campos

magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la

onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y

eléctricos generándose continuamente. Estas O.E.M. son sinusoidales (Curva que

representa gráficamente la función trigonométrica seno), con los campos eléctrico y

magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación.

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y

magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía

de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que

necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se

puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia

indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación

de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética

se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo. Los campos

producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar las fuentes y viajar a

través del espacio (en el vacío) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la

tercera y cuarta ley de Maxwell.

Ley de Gauss nos dice que el flujo a través de una superficie cerrada es

proporcional a la carga encerrada. La ley de Gauss para el magnetismo, implica que

en la naturaleza NO existen campos magnéticos de un polo (monopolos), solo

existen campos magnéticos de dos polos (dipolos), ya que en una superficie

cerrada el número de líneas de campo que entran equivale al número de líneas que

salen.

Ley de Faraday. Esta ley relaciona el flujo del campo magnético con el campo

eléctrico, establece que el rotacional del campo eléctrico inducido por un campo

magnético variable es igual a menos la derivada parcial del campo magnético con

respecto al tiempo. La integral de circulación del campo eléctrico es la variación

del flujo magnético.

Ley de Ampere, generalizada

por Maxwell, establece la relación

entre los campos eléctrico y

magnético, con corrientes

eléctricas. Determina finalmente la

forma en la que un campo eléctrico

variable puede generar un campo

magnético y como consecuencia,

una corriente eléctrica en un

circuito. Expresa cómo las líneas de

un campo magnético rodean una

superficie por la que, circula una

corriente o hay una variación del

flujo eléctrico. La integral de

circulación del campo eléctrico es

proporcional a la corriente y a la

variación del flujo eléctrico.

Maxwell demostró que sus

ecuaciones podían combinarse para

dar lugar a una ecuación de ondas

que debían satisfacer los vectores y

cuya velocidad en el vacío debía

ser:

Lo que da un valor de 299.792.458

m/s.

Una carga eléctrica acelerada

crea un campo eléctrico variable y,

como explican las leyes de Maxwell,

los campos pueden abandonar la

fuente que los produce y viajar por el

espacio sin soporte material. Los

campos no necesitan un medio

deformable que vibre a su paso, lo

único que vibra son los valores de los

campos E y B en cada lugar. En

efecto, un campo eléctrico variable

engendra un campo magnético

variable que, a su vez, engendra otro

eléctrico y así avanzan por el

espacio. Las ondas

electromagnéticas, son ondas

transversales en donde el campo

eléctrico y el campo magnético son

perpendiculares entre sí, y a su vez

perpendiculares a la dirección de

propagación. No necesitan por tanto

soporte material para su propagación

haciéndolo incluso a través del vacío.

Como se aprecia en la ilustración, el

campo eléctrico y el campo magnético

están en fase, alcanzando valores

Propiedades de las ondas electromagnéticas

Para su propagación, las O.E.M. no requieren de un medio

material específico. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio

interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las

estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda,

todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a la

velocidad de la luz (c = 299.792 km/s.), hasta que su energía se

agota. A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la

onda también aumenta. Todas las radiaciones del espectro

electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento

ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de

onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La

longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas

electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λ.f=c son

importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de

penetración y otras características.

Características principales de las ondas electromagnéticas

Las tres características principales de las ondas que

constituyen el espectro electromagnético son:

Frecuencia (f)

Longitud ( )

Amplitud(A)

Frecuencia

La frecuencia de una onda responde a un

fenómeno físico que se repite cíclicamente un

número determinado de veces durante un

segundo de tiempo, tal como se puede observar

en la siguiente ilustración:

A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por

segundo.

B.- Onda senoidal de 10 ciclos o hertz por

segundo.

La frecuencia de esas ondas del

espectro electromagnético se representan

con la letra (f) y su unidad de medida es el

ciclo o Hertz (Hz) por segundo. Otras

unidades de frecuencias muy utilizadas son

las "revoluciones por minuto" (RPM) y los

"radianes por segundo" (rad/s). La

frecuencia y el periodo están relacionados

de la siguiente manera:

T: Período, tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos

valles por un mismo punto, o para completar un ciclo.

Longitud

Las ondas del espectro electromagnético se propagan por el espacio de

forma similar a como lo hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es

decir, generando ondas a partir del punto donde cae la piedra y extendiéndose

hasta la orilla. Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan

ondas similares a las radiaciones propias del espectro electromagnético. Tanto las

ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del

espectro electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. La

distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles

consecutivos, o también el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de

la onda electromagnética, constituye lo que se denomina “longitud de onda”.

P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal

del espectro electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor

aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia onda crece o

decrece positivamente por encima del valor "0".

V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal

del espectro electromagnético, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el

punto “0”. El valor de los valles aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A”

de la propia onda crece o decrece negativamente por debajo del valor "0".

N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal. La longitud de una onda del

espectro electromagnético se representa por medio de la letra griega

lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula

matemática:

De donde:

= Longitud de onda en metros.

c = Velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg).

f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).

Producción General:

Rosario Pérez