Radiofrecuencia, microondas, luz visible, rayos ultravioleta, infrarrojos, X y gamma…todos ellos son tipos de radiaciones electromagnéticas que agrupamos en lo que se denomina espectro electromagnético, un esquema que los clasifica y ordena en función de su energía. Gracias a estas ondas podemos distinguir los colores, escuchar la radio, ver la TV, hablar por teléfono, calentarnos la comida, broncearnos y diagnosticar y tratar enfermedades, entre otras aplicaciones.
En este artículo te contamos todo lo que tienes que saber sobre este concepto y por qué es importante para nuestro día a día.
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Definición del espectro electromagnético
El espectro electromagnético o espectro de radiación electromagnética es la distribución de energías de las radiaciones electromagnéticas. Se puede expresar en términos de energía, aunque se suele hacer en términos de longitud de onda y frecuencias de las radiaciones. En otras palabras, se entiende por este concepto el conjunto continuo e infinito de todos los tipos de radiación que se desplazan en ondas a través del espacio, es decir, al conjunto de todas las ondas electromagnéticas ordenadas en función de su longitud de onda (o frecuencia) y, por tanto, de la energía que transportan.
Pero ¿qué se entiende por ondas electromagnéticas? Básicamente son vibraciones de los campos eléctricos y magnéticos que transportan energía. Estas ondas se mueven a diferentes velocidades y frecuencias.
El espectro se compone de diversos subrangos o porciones, cuyos límites no son del todo definidos y tienden a superponerse. Cada franja del espectro se distingue de las otras en el comportamiento de sus ondas durante la emisión, transmisión y absorción, así como en sus aplicaciones prácticas.
Así pues, el espectro electromagnético se extiende desde las radiaciones con menor longitud de onda (los rayos gamma) hasta las de mayor longitud de onda (las ondas de radio). Una señal electromagnética se caracteriza por ser periódica en el tiempo, es decir que se repite con exactamente la misma forma cada un intervalo de tiempo determinado.
Energía y frecuencia están directamente relacionadas, por lo que mayor frecuencia implica mayor energía y viceversa
Cuando empleamos este término refiriéndolo a un objeto se alude a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia en sí. Es como una huella dactilar y genera una distribución de energía en forma de un conjunto de ondas electromagnéticas.
Las características de dicha distribución dependen de la frecuencia o la longitud de onda de las oscilaciones, así como de su energía. Las tres cantidades están asociadas entre sí: a un dada una longitud de onda le corresponde una frecuencia y una energía determinadas.
La importancia del espectro electromagnético
El espectro electromagnético se presenta como un componente esencial para la sociedad actual. Gracias a él son posibles las telecomunicaciones y la transmisión de información. Pero su papel también es decisivo en el campo de la salud, empleado para el tratamiento de enfermedades y pruebas diagnósticas. Asimismo, su importancia también se manifiesta con su empleo en técnicas exploratorias mediante rádares y sónares que permiten la investigación en fenómenos astronómicos y del espacio exterior.
En definitiva, el espectro electromagnético es unrecurso natural fundamentalque sustenta gran parte de la tecnología moderna como lacomunicación inalámbrica hasta la investigación científica y la navegación, la agricultura o la astronomía, entre otros campos.
Cómo se mide el espectro electromagnético
El espectro electromagnético se mide en términos de la longitud de onda o la frecuencia de las ondas electromagnéticas. La longitud de onda y la frecuencia están relacionadas por la velocidad de la luz en el vacío, que es aproximadamente 3.00×108 metros por segundo (3.00×108 m/s3.00×108m/s).
La ecuación fundamental que relaciona la longitud de onda ((\lambda)), la frecuencia ((f)), y la velocidad de la luz ((c)) es: c=λ×f
Donde:
- (c) es la velocidad de la luz en el vacío (3.00×108 m/s3.00×108m/s).
- (λ) es la longitud de onda en metros.
- (f) es la frecuencia en hertz (Hz).
La medición de estas longitudes de onda o frecuencias se realiza con instrumentos específicos, como espectrómetros, que permiten analizar la radiación electromagnética en diferentes partes del espectro.
Ondas que componen el espectro electromagnético
Las ondas electromagnéticas son vibraciones de los campos eléctricos y magnéticos que transportan energía. No necesitan un medio físico para propagarse (a diferencia del sonido, si no hay aire, no se propaga), esto es muy importante puesto que permite las comunicaciones inalámbricas. La onda electromagnética más conocida es la Luz, pero están presentes en numerosos dispositivos que utilizamos a diario: microondas, Wi-Fi, Bluetooth, etc. Y es que, el espectro electromagnético – el conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas-, prácticamente es infinito y continuo de forma que la mayor longitud de onda sería el tamaño del universo.
El espectro electromagnético puede dividirse en regiones según su longitud de onda
Sin embargo, hasta ahora se han definido 7 tipos de ondas electromagnéticas de espectro, cada una con sus características específicas de frecuencia y longitud, además de diferentes usos. Son las siguientes:
Rayos Gamma
Los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y las frecuencias más altas conocidas. Son ondas de alta energía capaces de viajar a larga distancia a través del aire y son las más penetrantes.
Tiene una longitud de onda menor a 10-11 metros (m) y una frecuencia mayor a 1019. Son emitidos por el núcleo.
Rayos X
Los rayos X tienen longitudes de onda más largas que los rayos gamma, pero menores que la radiación ultravioleta y por lo tanto su energía es mayor que la de estos últimos. Designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas.
De hecho, se utilizan en diversas aplicaciones científicas e industriales, pero principalmente se emplean en el ámbito médico para realizar radiografías. Al consistir en una forma de radiación ionizante, pueden ser peligrosos.
Su longitud de onda es menor a 10-8 m y consta de una frecuencia mayor a 1016. Los rayos X son emitidos por electrones del exterior del núcleo.
Radiación ultravioleta: extrema y cercana
La radiación ultravioleta (UV) se define como la porción del espectro electromagnético que se encuentra entre los rayos X y la luz visible.
Dentro de esta región podemos diferenciar la radiación ultravioleta extrema que tiene una longitud de onda menor a 10-8 m y una frecuencia mayor a 1,5×1015. O cercana, con una longitud de onda menor a 380×10-9 m y una frecuencia mayor a 7,89×1014.
Espectro de la luz visible
La luz visible —también espectro visible— es la parte de espectro electromagnético que los ojos humanos son capaces de detectar. Cubre todos los colores del azul a 400 nm al rojo a 700 nm. De ellos, la luz azul contiene más energía que la roja.
| COLOR | FRECUENCIA | LONGITUD DE ONDA |
|---|---|---|
| VIOLETA | 668-789 THz | 380-450 nm |
| AZUL | 631-668 THz | 450-475 nm |
| CIAN | 606-630 THz | 476-495 nm |
| VERDE | 526-606 THz | 495-570 nm |
| AMARILLO | 508-526 THz | 570-590 nm |
| NARANJA | 484-508 THz | 590-620 nm |
| ROJO | 400-484 THz | 620-750 nm |
Con una longitud de onda menor a 780×10-9 m y una frecuencia mayor a 384×1012
Espectro infrarrojo: cercano, medio y lejano
La radiación infrarroja (IR) —también conocida como radiación térmica— es la parte del espectro electromagnético que se encuentra entre la luz visible y las microondas. La fuente natural más importante de radiación infrarroja es el Sol.
Dentro de esta región o banda podemos hablar de infrarrojo cercano (con una longitud de onda menor a 2,5×10-6 m y una frecuencia mayor a 120×1012), medio (Con una longitud de onda menor a 50×10-6 m y una frecuencia mayor a 6×1012) y lejano o submilimétrico (Con una longitud de onda menor a 350×10-6 m y una frecuencia mayor a 300×109).
Radiación de microondas
Son ondas electromagnéticas de frecuencia muy alta, es decir, con un número muy elevado de vibraciones por segundo. Se emplean para transmitir señales telegráficas de alta velocidad y para comunicar satélites y las ondas especiales con las estaciones de la Tierra, además de otros usos más mundanos.
Poseen una longitud de onda menor a 10-2 m y una frecuencia mayor a 3×108.
Ondas de radio: ultra, alta, media y baja potencia
Las ondas radioeléctricas tienen longitudes de onda largas que varían unos pocos centímetros a miles de kilómetros de longitud. Sus principales usos son en la televisión, los teléfonos móviles y las comunicaciones por radio.
Según su longitud de onda y frecuencia podemos diferenciar:
- Ondas de radio de ultra alta frecuencia. Con una longitud de onda menor a 1 m y una frecuencia mayor a 300×106.
- Ondas de radio de muy alta frecuencia. Con una longitud de onda menor a 100 m, una frecuencia mayor a 30×106Hz.
- Onda corta de radio. Con una longitud de onda menor a 180 m y una frecuencia mayor a 1,7×106.
- Onda media de radio. Con una longitud de onda menor a 650 m y una frecuencia mayor a 650×103Hz.
- Onda larga de radio. Con una longitud de onda menor a 104 m y una frecuencia mayor a 30×103.
- Onda de radio de muy baja frecuencia. Con una longitud de onda mayor a 104 m, una frecuencia menor a 30×103 Hz.
Regiones y bandas del espectro electromagnético
Estas son las regiones y bandas del espectro electromagnético
| REGIÓN | LONGITUD ONDA (m) | FRECUENCIA (Hz) | ENERGÍA (J) |
|---|---|---|---|
| Rayos gamma | < 10×10−12m | > 30,0×1018Hz | > 20·10−15 J |
| Rayos X | < 10×10−9m | > 30,0×1015Hz | > 20·10−18 J |
| Ultravioleta extremo | < 200×10−9m | > 1,5×1015Hz | > 993·10−21 J |
| Ultravioleta cercano | < 380×10−9m | > 7,89×1014Hz | > 523·10−21 J |
| Infrarrojo cercano | < 2,5×10−6m | > 120×1012Hz | > 79·10−21 J |
| Infrarrojo medio | < 50×10−6m | > 6,00×1012Hz | > 4·10−21 J |
| Infrarrojo lejano/ submilimétrico | < 1×10−3m | > 300×109Hz | > 200·10−24 J |
| Microondas | < 10−2m | > 3×108Hzn. 1 | > 2·10−24 J |
| Ultra Alta Frecuencia-Radio | < 1 m | > 300×106Hz | > 19.8·10−26 J |
| Muy Alta Frecuencia-Radio | < 10 m | > 30×106Hz | > 19.8·10−28 J |
| Onda Corta – Radio | < 180 m | > 1,7×106Hz | > 11.22·10−28 J |
| Onda Media – Radio | < 650 m | > 650×103Hz | > 42.9·10−29 J |
| Onda Larga – Radio | < 10×103m | > 30×103Hz | > 19.8·10−30 J |
| Muy Baja Frecuencia – Radio | > 10×103m | < 30×103Hz | < 19.8·10−30 J |
Aplicaciones y usos del espectro electromagnético en la actualidad
Las aplicaciones del espectro electromagnético en la actualidad son muy variopintas. Veamos los principales usos:
Comunicaciones: radio, TV e Internet
Las ondas de frecuencias radio se emplean para transmitir información por el aire, tales como emisiones de radio, televisión o Internet Wi-Fi. No en vano, las señales de televisión y radio se transmiten a través de ondas electromagnéticas, llegando a los receptores en los hogares para su visualización y audición. Lo mismo ocurre con la TV satelital.
Telefonía móvil, satélites y calentar comida gracias a las microondas
Se emplean también para transmitir información, como las señales de telefonía móvil (celular) como la tecnología 5G que tiene sus propias bandas de frecuencia o las antenas microondas. También lo emplean los satélites como mecanismo de transmisión de información a tierra o en tecnología inalámbrica de corto alcance como Bluetooth que nos permite conectar dispositivos como auriculares, teclados, ratones, altavoces o manos libres.
Y sirven, al mismo tiempo, para calentar comida en los hornos microondas.
Esterilización de equipos y alimentos
Una de las aplicaciones de los rayos gamma -que dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células-, se centra en la esterilización de equipos médicos y alimentos. En relación a la industria alimentaria, se utiliza para secar, cocinar y pasteurizar.
La radiación ultravioleta: fluorescentes y bronceadores
Es emitida por el Sol y absorbida por las plantas para la fotosíntesis, así como por nuestra piel cuando nos bronceamos. También alimenta los tubos fluorescentes y permite la existencia de instalaciones como los solárium.
Al calor de los infrarrojos
Es la que transmite el calor desde el Sol a nuestro planeta, desde un fuego a los objetos a su alrededor, o desde una calefacción al interior de nuestras habitaciones.
Estas señales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor.
Últimamente se ha estado implementando conexiones de área local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estándares de comunicación estas conexiones han perdido su versatilidad.
Astronomía
En astronomía, el análisis de la luz emitida o reflejada por los objetos en el espacio en relación a sus diferentes longitudes de onda o energías es de gran importancia puesto que constituye la mayor fuente de información sobre el universo. Esto ha permitido la aparición de diferentes ramas de la astronomía en función de la zona del espectro electromagnético que se analiza como son, por ejemplo, la astronomía de altas energías (rayos X y gamma), la astronomía ultravioleta, la astronomía óptica (luz visible), la radio-astronomía y la astronomía infrarroja.
Agricultura y medioambiente
Otro campo interesante de aplicación del espectro radioeléctrico tiene que ver con la agricultura y el medioambiente. Su uso puede verse en sensores remotos y drones agrícolas que permiten la monitorización de cultivos.
También se emplean estas ondas para medir la calidad del aire y analizar variables ambientales como la temperatura, la humedad y la radiación solar. E, incluso, para detectar incendios forestales mediante los infrarrojos.
Cine y linternas
El espectro de luz visible hace visibles las cosas, pero también esta banda puede aprovecharse para otros mecanismos visuales como el cine, las linternas, etc.
Usos en medicina: radiografías y tratamientos contra el cáncer
Los rayos X se emplean en medicina para tomar impresiones visuales (diagnóstico por imagen), del interior de nuestros cuerpos, como de nuestros huesos.
Mientras que los rayos gamma, mucho más violentos, se emplean como forma de radioterapia o tratamiento para el cáncer, dado que destruyen el ADN de las células que se reproducen desordenadamente. Además de la cirugía con láser, posible gracias al empleo de ondas electromagnéticas.
