Campo electromagnético
La radiación electromagnética
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.
Campo eléctrico
http://www.surendranath.org/Applets/Electricity/FieldLines/FieldLinesApplet.html
Manifestaciones del campo eléctrico
http://www.falstad.com/vector3de/
Campo magnético
Efecto del campo magnético
Manifestaciones del campo magnético
Interacción del campo eléctrico y magnético
Experiencias de Faraday y Oersted
http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/
Campo electromagnético
“Campo” es un término físico para una región que está bajo la influencia de cierta fuerza que puede
actuar en la materia dentro de esa región. Por ejemplo, el Sol produce un campo gravitacional que atrae
los planetas en el sistema solar y por tanto influye sus órbitas.
Las cargas eléctricas estáticas producen campos eléctricos, mientras que las cargas eléctricas en
movimiento producen tanto campos eléctricos como magnéticos. Los cambios repetidos y regulares en
estos campos producen lo que llamamos radiación electromagnética. La radiación electromagnética
transporta energía de un punto a otro. Esta radiación se propaga (mueve) a través del espacio a
299,792 km por segundo (la velocidad de la luz). De hecho, la luz es una de las formas de la radiación
electromagnética.
Otras formas de la radiación electromagnética son los rayos X, microondas, radiación infrarroja, ondas
de radio AM y FM y la radiación ultravioleta. Las propiedades de la radiación electromagnética dependen
fuertemente de su frecuencia. Las frecuencias de la radiación electromagnética están dadas en Hertz
(Hz), llamadas así por Heinrich Hertz (1857-1894), la primera persona en generar ondas de radio. Un
Hertz es un ciclo por segundo.
Ondas electromagnéticas
Ondas electromagnéticas
Las señales de RF se propagan en forma de ondas electromagnéticas, que consisten en un campo
eléctrico y magnético mutuamente perpendiculares. Las ondas electromagnéticas presentan una serie
de parámetros que las definen y que marcarán diferencias importantes a la horade propagarse por el
medio:
- longitud de onda: define el espacio que recorre la onda en cada ciclo al propagarse
- velocidad de propagación: se propagan, en el vacío, a la velocidad de la luz
- frecuencia: cantidad de ciclos de la señal que se completan en un segundo
- potencia: marca la cantidad de energía que transporta la señal. Al alejarse de la fuente que la generó,
la potencia disminuye de forma proporcional al cuadrado de la distancia
- polarización: se emplea como referencia el plano de propagación del campo eléctrico.
Magnitudes de las ondas electromagnéticas
Relación entre frecuencia y longitud de onda
Campo eléctrico y magnético perpendiculares
Movimiento de las ondas electromagnéticas
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/polarizedlight/emwave/index.html
Experimento de Hertz
Entre 1886 y 1888, Hertz validó la teoría de Maxwell, demostrando que la radiación generada por el campo
electromagnético tenía característica de ondas.
Usando una bobina de inducción (semejante a usada por Röentgen), se generan chispas en dos terminales
acoplados a un sistema condensador (que almacena electricidad hasta ocurrir una chispa). La chispa genera
ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio (ondas de radio). Esas ondas son detectadas la
distancia por uno otro dispositivo chamado resonador. El resonador produce chispas cuja intensidad depende
de su distancia de la bobina. Con ese método, Hertz fue capaz de mostrar la “naturaleza ondulatoria” de la
radiación electromagnética, demostrando, inclusive la existencia de polarización en las ondas de radio.
La onda electromagnética: campos E y H perpendiculares
Frecuencia y longitud de onda de la radiación electromagnética
La onda electromagnética consiste
en un campo eléctrico y magnético
perpendiculares que se desplaza a
la velocidad de la luz
Longitud de onda y frecuencia son magnitudes
inversamente proporcionales
Polarización
Polarización circular, lineal y elíptica
Polarización vertical, circular y horizontal
Polarización lineal: vertical y horizontal
Polarización circular
http://www.optics.arizona.edu/jcwyant/JoseDiaz/Polarization-Circular.htm
Polarización lineal y circular
Espectro
electromagnético
Espectro electromagnético
Las ondas electromagnéticas se agrupan bajo distintas denominaciones según su frecuencia, aunque no
existe un límite muy preciso para cada grupo. Además, una misma fuente de ondas electromagnéticas
puede generar al mismo tiempo ondas de varios tipos.
•Ondas de radio: son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y
televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil millones de hercios. Se
originan en la oscilación de la carga eléctrica en las antenas emisoras.
•Microondas: Se utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF (Ultra High Frecuency) y
en los hornos de las cocinas. Su frecuencia va desde los GHz hasta casi el THz. Se producen en
oscilaciones dentro de un aparato llamado magnetrón. El magnetrón es una cavidad resonante
formada por dos imanes de disco en los extremos, donde los electrones emitidos por un cátodo
son acelerados originado los campos electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de microondas.
•Infrarrojos: Son emitidos por los cuerpos calientes. Los tránsitos energéticos implicados en
rotaciones y vibraciones de las moléculas caen dentro de este rango de frecuencias. Los visores
nocturnos detectan la radiación emitida por los cuerpos a una temperatura de 37º. Sus frecuencias
van desde 1011Hz a 4·1014Hz. Nuestra piel también detecta el calor y por lo tanto las radiaciones
infrarrojas.
•Luz visible: Incluye una franja estrecha de frecuencias, los humanos tenemos unos sensores para
detectarla ( los ojos, retina, conos y bastones). Se originan en la aceleración de los electrones en
los tránsitos energéticos entre órbitas permitidas. Entre 4·1014Hz y 8·1014Hz
•Ultravioleta: Comprende de 8·1014Hz a 1·1017Hz. Son producidas por saltos de electrones en
átomos y moléculas excitados. Tiene el rango de energía que interviene en las reacciones
químicas. El sol es una fuente poderosa de UVA ( rayos ultravioleta) los cuales al interaccionar con
la atmósfera exterior la ionizan creando la ionosfera. Los ultravioleta pueden destruir la vida y se
emplean para esterilizar. Nuestra piel detecta la radiación ultravioleta y nuestro organismo se
pone a fabricar melanina para protegernos de la radiación. La capa de ozono nos protege de los
UVA.
•Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus
frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición
prolongada produce cáncer.
•Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de
estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Sus radiación es muy
peligrosa para los seres vivos.
El espectro electromagnético
Es el conjunto de ondas
electromagnéticas –un campo
eléctrico y un campo magnético
perpendiculares entre sí y a su vez
ortogonales a la dirección de
propagación- que se desplazan por el
vacío a la velocidad de la luz, la cual
es una onda electromagnética más,
pero capaz de impresionar el ojo
humano.
Parámetro fundamental de las
mismas es, por lo tanto, la
frecuencia, que va a caracterizar sus
condiciones de propagación y su
capacidad de penetración en los
obstáculos.
Unas son naturales y se generan en
procesos muy energéticos como los
que tienen lugar en las estrellas y
galaxias, y otras son artificiales y las
produce el hombre para que sirvan
de soporte a la información –sonidos,
imágenes y datos- que desea difundir
por medios inalámbricos.
Espectro electromagnético, muy simplificado
Espectro electromagnético
Abarca desde los rayos
gamma, que tienen la
frecuencia más elevada y
que son generados, por
ejemplo, en las reacciones
nucleares, hasta las ondas
casi estáticas, con
oscilaciones de pocos
hertz, como la tensión
eléctrica de la red.
Las longitudes de onda del espectro electromagnético
a) espectro radioeléctrico
MARGEN DE
SEGÚN FRECUENCIA
FRECUENCIAS
3
-
30 KHz
VLF
Muy baja Frecuencia
SEGÚN LONGITUD DE ONDA
MIRIAMÉTRICAS
Onda Larga
30 - 300 KHz
LF
Baja Frecuencia
300 - 3000 KHz
MF
Frecuencia Media
HF
Alta Frecuencia
3
-
30 MHz
KILOMÉTRICAS
HECTOMÉTRICAS
DECAMÉTRICAS
30 - 300 MHz
VHF
Muy Alta Frecuencia
MÉTRICAS
300 - 3000 MHz
UHF
Ultra Alta Frecuencia
DECIMÉTRICAS
30 GHz
SHF
Super Alta frecuencia
CENTIMÉTRICAS
30 - 300 GHz
EHF
Extremadamente Alta
MILIMÉTRICAS
3
-
Onda Media
Onda Corta
Ondas de radio utilizadas para la radiocomunicación
Asignación del espectro radioeléctrico
Bandas de frecuencia utilizadas en equipos radar
Las bandas utilizadas en los equipos radar (Radio Detecting and Ranging) están en la región de las
microondas y responden a las siguientes denominaciones: L (hasta 1,5 GHz), S (3,9 GHz), C(5,75 GHz),
X (10,9 GHz) y K (36 GHz). Estas denominaciones están extraídas de la terminología militar, que fueron
las que dieron origen al radar.
b) espectro infrarrojo
El cuerpo humano tiene una temperatura normal de 37ºC, por lo que emite radiación en el infrarrojo
cercano, que con los instrumentos adecuados puede ser captado con bastante precisión. En este caso
tiene fundamentalmente dos tipos de aplicaciones:
-médicas, ya que ciertos tumores producen elevaciones (aunque reducidas y localizadas) del área
afectada
-militares, aplicándose a los instrumentos de visión nocturna, lo que se trata de contrarrestar
empleando ropa invisible en esta parte del espectro
Permite realizar controles
Se pueden detectar fugas de calor
Huellas faciales
La toma de huellas dactilares es un sistema para la identificación personal que amenaza con quedarse
obsoleto. Un grupo de científicos de Virginia (USA), han diseñado unas cámaras de infrarrojos que,
basándose en las variaciones de la temperatura que registra la piel a través de los vasos sanguíneos
que discurren bajo la superficie facial y que conforman una imagen térmica única (incluso en gemelos,
como se ve en la figura) e intransferible en cada individuo, realizan termografías exactas de los rostros,
tan reveladoras como sistema identificatorio como las huellas dactilares de la persona.
Ningún sombrero, barba postiza, peluca o disfraz, ni siquiera la más aparatosa cirugía estética de una
cara o el anonimato que procura una muchedumbre es capaz de engañar al objetivo infrarrojo de estas
nuevas cámaras, que no precisan de luz sino que se sirven del calor corporal que emite nuestra piel.
c) espectro visible
Descomposición de la luz blanca
El prisma de Newton descompone la
luz blanca en sus colores simples:
-violeta: 0,4-0,446 μm
-azul: 0,446-0,5 μm
-verde: 0,5 – 0,578 μm
-amarillo: 0,592 – 0,62μm
-naranja: 0,592 – 0,62 μm
-rojo: 0,62 – 0,7 μm
d) espectro ultravioleta
e) radiación nuclear
Rayos X y gamma
Resumen: diferentes ondas electromagnéticas (i)
Radio
Microondas 
Visible 
 infrarrojo
diferentes ondas electromagnéticas (ii)
El sol en ultravioletas
La nebulosa del cangrejo radiando
en rayos gamma 
Rayos X
(más a la izquierda, la primera placa de la
historia, obtenida accidentalmente por
Roetgen)
Aspecto de la misma nebulosa observada en diferentes regiones del espectro
En rayos X
En visible 
En infrarrojos
En microondas 
Poder de penetración de
las ondas
Cómo nos afectan las radiaciones electromagnéticas
En función de su frecuencia, las radiaciones electromagnéticas pueden tener o no efectos biológicos.
Las radiaciones ionizantes son ondas de frecuencia muy alta, como los rayos gamma, que contienen una
energía fotónica suficiente como para romper los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas
de la célula. Son, por tanto, capaces de dañar el ADN. Aunque la energía fotónica de la radiación no
ionizante –frecuencias de 1 a 1017 Hz- es demasiado débil para romper enlaces químicos, también tiene
efectos biológicos, como son el calentamiento y la inducción de corrientes eléctricas en los tejidos y
células.
El poder de penetración de las radiaciones
Seguridad de las radiaciones electromagnéticas
Leyes de la radiación
Leyes de la radiación electromagnética
- la fórmula de Planck establece que cualquier objeto por encima del cero absoluto radia energía, y que
ésta se incrementa con la temperatura. A la vez, a mayor temperatura, ese cuerpo radiará con más
intensidad en longitud de onda más corta.
- la fórmula de Wien, a partir de Planck, calcula la longitud de onda a la que se produce la máxima
radiación de un cuerpo conociendo su temperatura.
Esta tiene una gran importancia para seleccionar la banda más conveniente para detectar una
determinada cubierta u objeto siempre que se conozca su temperatura. Por ejemplo, en el caso de los
incendios forestales, teniendo en cuenta que la temperatura de combustión se sitúa entre 540 y 700 K,
la ley de Wien nos permite situar en el infrarrojo medio la banda espectral más adecuada para su
detección. Por su parte, el Sol –con una temperatura radiante próxima a los 6.000 K- presenta su
máxima radiación en la región del espectro visible.
- la ley de Stefan-Boltzmann, a partir de Planck, calcula la longitud de onda a la que se produce la
máxima radiación de un cuerpo conociendo su temperatura.
Ley de Planck
Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite
incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. [La energía
radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda
superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo
aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio
de color de un cuerpo cuando se calienta]. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las
frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen esta ley de Planck.
Ley del desplazamiento de Wien
Establece la relación inversa entre la temperatura de un cuerpo y la longitud de onda a la que se
produce un máximo de radiación. Por ejemplo, una estrella a 6.000 K tiene el pico de radiación a 483
nm, y otra que radie a 4.000 K lo tiene a 724, ambos aún en el espectro visible. Pero si su temperatura
es de 3.000 K, el máximo se produce en 966 nm, que corresponde al infrarrojo. Esto no sólo permite
determinar la temperatura de las estrellas, sino de cualquier cuerpo que esté en distintas condiciones
térmicas que su entorno, por ejemplo, un incendio es muy fácilmente detectable
Ley de Stefan-Boltzmann
Un cuerpo, cuanto más caliente, no sólo radia a una longitud de onda más corta, sino que lo hace con
mayor intensidad (el Sol y un gato, por ejemplo)
Radiación del Sol
Una estrella como el Sol, con una temperatura de 5.270 K radia el máximo a 550 nm, hacia el verde del
espectro visible
Luz emitida por un objeto celeste según su temperatura
Tablas del espectro
http://www.spectrumatlas.org/spectrum/
Descargar

05.01. Radiofrecuencia