Radiación electromagnética para niños
La radiación electromagnética es una forma de energía que viaja por el espacio. Imagina que es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que vibran y se mueven juntos. Estas vibraciones se propagan como ondas y llevan energía de un lugar a otro.
Las ondas electromagnéticas se mueven a la velocidad de la luz. A diferencia de las ondas de sonido, que necesitan un material (como el aire o el agua) para viajar, la radiación electromagnética puede viajar incluso en el vacío, como en el espacio exterior.
Existen muchos tipos de radiación electromagnética. Algunos ejemplos son las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja, la luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. El estudio de cómo se generan y se mueven estas ondas se llama electrodinámica.
Las ondas electromagnéticas pueden ser creadas por diferentes fuentes. Por ejemplo, las cargas eléctricas que se mueven muy rápido o las corrientes eléctricas que cambian en las antenas pueden generarlas. La forma de estas ondas depende de cómo se producen y de la distancia que recorren.
Contenido
¿Cómo se descubrió la radiación electromagnética?
El descubrimiento de la radiación electromagnética, más allá de la luz visible, comenzó a principios del siglo XIX.
Descubrimiento de la radiación infrarroja
En el año 1800, el astrónomo William Herschel descubrió la radiación infrarroja. Usó un prisma de vidrio para separar la luz del Sol en sus colores. Luego, colocó un termómetro más allá de la parte roja del espectro de luz. Notó que el termómetro se calentaba, lo que significaba que había rayos invisibles que transportaban calor. A estos rayos se les llamó más tarde infrarrojos.
Descubrimiento de la luz ultravioleta
Un año después, en 1801, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubrió la luz ultravioleta. Hizo un experimento similar al de Herschel. Ritter observó que unos rayos invisibles, cerca del color violeta del espectro solar, hacían que el cloruro de plata se oscureciera más rápido que la luz violeta. Estos rayos, que al principio se llamaron "rayos químicos", podían provocar cambios químicos.
Las ecuaciones de Maxwell y las ondas de radio
Entre 1862 y 1864, James Clerk Maxwell desarrolló unas ecuaciones muy importantes. Estas ecuaciones explicaban cómo funcionan los campos eléctricos y magnéticos. Maxwell sugirió que las ondas en estos campos viajarían a una velocidad muy parecida a la de la luz. Por eso, propuso que la luz visible, así como los rayos infrarrojos y ultravioleta, eran en realidad ondas en el campo electromagnético.
Más tarde, en 1887, Heinrich Hertz logró producir ondas de radio de forma intencional. Usó circuitos eléctricos especiales para crear oscilaciones a una frecuencia mucho más baja que la de la luz. Hertz también inventó formas de detectar estas ondas, lo que llevó al desarrollo de las ondas de radio y las microondas.
Descubrimiento de los rayos X y los rayos gamma
Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X en 1895. Estaba experimentando con altos voltajes en un tubo de vacío cuando notó una luz brillante en una placa de vidrio cercana. En poco tiempo, descubrió las propiedades principales de los rayos X.
La última parte del espectro electromagnético en ser descubierta fue la relacionada con la radiactividad. En 1896, Henri Becquerel descubrió que las sales de uranio podían velar una placa fotográfica, de forma similar a los rayos X. Luego, Marie Curie encontró que solo algunos elementos emitían estos rayos de energía, y descubrió la intensa radiación del radio.
En 1899, Ernest Rutherford diferenció la radiación de la pechblenda en rayos alfa y rayos beta. Sin embargo, en 1900, el científico francés Paul Villard descubrió un tercer tipo de radiación del radio que no tenía carga y era muy penetrante. Rutherford se dio cuenta de que era un nuevo tipo de radiación, y en 1903 la llamó rayos gamma. En 1910, William Henry Bragg demostró que los rayos gamma son radiación electromagnética, no partículas.
Fenómenos relacionados con la radiación electromagnética
La radiación electromagnética está presente en muchos fenómenos de nuestro día a día. Todos estos fenómenos son la emisión de radiación electromagnética en diferentes rangos de frecuencia o longitud de onda. La forma en que se clasifican estos tipos de radiación por su frecuencia se llama espectro electromagnético.
¿Qué es la luz visible?
La luz visible es el tipo de radiación electromagnética que nuestros ojos pueden ver. Sus longitudes de onda están entre 400 y 700 nanómetros. La luz se produce en los átomos. Cuando un átomo recibe energía, sus electrones pueden saltar a niveles de energía más altos. Como los electrones son inestables en esos niveles altos, tienden a regresar a niveles más bajos. Al hacerlo, liberan fotones (pequeños paquetes de energía) que a menudo tienen frecuencias que corresponden a la luz visible.
Esto es lo que ocurre en una llama de fuego, en el filamento de una bombilla o en la luz del Sol. Además, la luz puede ser reflejada o refractada por los objetos, lo que nos permite ver cosas que no producen luz por sí mismas.
Radiación térmica
Cuando calientas un metal u otras sustancias, estas se ponen calientes y pueden empezar a emitir luz visible. Por ejemplo, un metal "al rojo vivo" emite una luz rojiza-anaranjada. Si la temperatura sube más, la luz se vuelve blanca-amarillenta. Es importante saber que, antes de que la luz sea visible, estos cuerpos ya están emitiendo calor en forma de radiación infrarroja, que es un tipo de radiación electromagnética que no podemos ver.
Interacción con materiales conductores
Cuando una corriente alterna pasa por un alambre o cualquier material que conduce electricidad, como una antena, la radiación electromagnética se propaga con la misma frecuencia que la corriente.
De manera similar, si la radiación electromagnética llega a un conductor eléctrico, hace que los electrones de su superficie se muevan. Esto genera una corriente alterna con la misma frecuencia que la radiación que llegó. Este efecto es clave en las antenas, que pueden enviar o recibir ondas electromagnéticas.
¿Cómo penetra la radiación electromagnética?
Dependiendo de su frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar materiales conductores. Por eso, las señales de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles pierden cobertura dentro de una caja de metal.
Cuando una onda electromagnética choca con un conductor, pueden pasar dos cosas:
- Puede transformarse en calor. Este efecto se usa en los hornos de microondas.
- Puede reflejarse en la superficie del conductor, como ocurre en un espejo.
Refracción de la luz
La velocidad de la luz en el vacío es una constante, aproximadamente 299.792.458 metros por segundo. Cuando la luz pasa de un medio a otro (por ejemplo, del aire al agua), su velocidad cambia. Esto hace que la luz se desvíe. Este fenómeno se llama refracción. Puedes verlo claramente cuando un lápiz parece doblarse al meterlo en un vaso de agua.
Dispersión de la luz
La velocidad de la radiación electromagnética en un material también depende de la longitud de onda de la radiación. Esto significa que cada color de luz (que tiene una longitud de onda diferente) se desvía de forma distinta al pasar por un medio.
El ejemplo más conocido es cuando un haz de luz blanca pasa por un prisma. La luz blanca se "descompone" en todos los colores del arcoíris porque cada color se desvía de manera diferente. Este fenómeno se llama dispersión. También es la causa de la aberración cromática, que es el halo de colores que a veces se ve alrededor de los objetos al mirarlos con prismáticos o telescopios.
Radiación por partículas aceleradas
Una partícula cargada que se mueve con aceleración (cambiando su velocidad o dirección) emite ondas electromagnéticas. La energía que emite es proporcional al cuadrado de su aceleración. Un ejemplo de esto es la radiación de sincrotrón, que se produce en aceleradores de partículas.
El espectro electromagnético
La radiación electromagnética se clasifica según su longitud de onda. Este rango completo de longitudes de onda se conoce como el espectro electromagnético. Va desde los rayos gamma, que tienen longitudes de onda muy cortas (del tamaño de picómetros), hasta las ondas de radio, con longitudes de onda muy largas (del tamaño de kilómetros).
El espectro visible es solo una pequeña parte de este gran espectro. Va desde el color violeta (unos 400 nanómetros) hasta el color rojo (unos 700 nanómetros).
En las telecomunicaciones, las ondas se clasifican por su frecuencia según un acuerdo internacional. Esto ayuda a saber para qué se usan. Por ejemplo, las microondas, que tienen frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, pueden atravesar la ionosfera terrestre, lo que permite la comunicación por satélite.
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¿Cómo se explica la radiación electromagnética?
Hay dos formas principales de entender la radiación electromagnética:
- El electromagnetismo clásico la describe como un campo que vibra y se propaga desde su fuente.
- La mecánica cuántica la interpreta como partículas llamadas fotones que son emitidas por una fuente.
Ambas descripciones son útiles y se complementan. Para situaciones grandes, no hay mucha diferencia entre ellas.
Las ecuaciones de Maxwell
James Clerk Maxwell unió varias ecuaciones, conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones muestran que un campo eléctrico que cambia con el tiempo crea un campo magnético. Y, al revés, un campo magnético que cambia con el tiempo crea un campo eléctrico. Esta interacción mutua permite que las ecuaciones de Maxwell expliquen cómo se propagan las ondas. Esto llevó a la idea de que existen las ondas electromagnéticas y que la luz misma es una de ellas.
La radiación electromagnética puede verse como dos campos que se generan el uno al otro. Por eso, no necesitan ningún material para viajar. Las ecuaciones de Maxwell también predicen la velocidad de estas ondas en el vacío (la velocidad de la luz, que es de 299.792.458 metros por segundo). También indican que la dirección en que viajan es perpendicular a las vibraciones de los campos eléctrico y magnético.
La dualidad onda-partícula
A veces, la radiación electromagnética se comporta como una serie de ondas, y otras veces, como un flujo de partículas llamadas fotones. Esta idea se conoce como la dualidad onda-partícula. Cada fotón tiene una energía que es directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada. Esto se describe con la relación de Max Planck: 
Donde 
es la energía del fotón, 
es la constante de Planck y 
es la frecuencia de la onda.
Además, la longitud de onda (
) y la frecuencia de oscilación () de una onda electromagnética están relacionadas por la velocidad de la luz (c en el vacío): 
Esto significa que, a mayor longitud de onda, menor frecuencia y, por lo tanto, menor energía.
Un ejemplo de onda electromagnética es la señal de radio. La señal viaja por el espacio hasta llegar a un receptor, como tu radio, llevando energía de un lugar a otro.
Efectos en los seres vivos
El bioelectromagnetismo es el estudio de cómo la radiación electromagnética interactúa con los seres vivos. Los efectos de la radiación electromagnética en las células vivas, incluyendo las humanas, dependen de la potencia y la frecuencia de la radiación.
Para la radiación de baja frecuencia (desde ondas de radio hasta luz visible), los efectos más conocidos son los causados por el calentamiento. Cuando la radiación es absorbida, puede generar calor. La frecuencia es importante porque afecta la intensidad de la radiación y qué tan profundo puede penetrar en el cuerpo. Por ejemplo, las microondas penetran mejor que la radiación infrarroja. Se cree que los campos de baja frecuencia que son demasiado débiles para causar un calentamiento significativo no tendrían efectos biológicos importantes.
Sin embargo, algunas investigaciones sugieren que campos electromagnéticos más débiles, que no causan calentamiento, podrían tener otros efectos biológicos. Los mecanismos exactos de cómo interactúan con el material biológico a estos niveles aún no se comprenden del todo.
La Organización Mundial de la Salud ha clasificado la radiación electromagnética de radiofrecuencia en el Grupo 2B, lo que significa que es "posiblemente" algo que podría tener un efecto en los humanos. Por ejemplo, los estudios sobre la relación entre el uso de teléfonos móviles y ciertos efectos en el cerebro no han sido concluyentes, lo que sugiere que si hay un efecto, no es grande.
A frecuencias más altas (luz ultravioleta y más allá), los fotones individuales tienen suficiente energía para afectar directamente las moléculas biológicas. La radiación ultravioleta, junto con los rayos X y la radiación gamma, se conoce como radiación ionizante. Esto se debe a que los fotones de esta radiación pueden crear iones y partículas reactivas en los materiales, incluyendo los tejidos vivos. Como esta radiación puede causar efectos significativos en los seres vivos con poca energía de calentamiento, se considera más impactante que otras partes del espectro electromagnético.
Usos especiales de la radiación electromagnética
La energía electromagnética se ha explorado para diversas aplicaciones, incluyendo algunas con fines de seguridad o defensa. Por ejemplo, se ha desarrollado un sistema que usa frecuencias de microondas para crear una sensación de calor en la piel. Este sistema, conocido como Active Denial System, fue creado por el ejército de Estados Unidos como un arma experimental para controlar el acceso a ciertas áreas.
También se ha hablado de un "rayo de la muerte", que sería un arma teórica que emitiría un rayo de calor con energía electromagnética capaz de afectar los tejidos humanos. Un inventor, Harry Grindell Matthews, afirmó haber tenido problemas de visión en un ojo mientras trabajaba en su versión de un "rayo de la muerte" basado en microondas en la década de 1920.
Véase también
En inglés: Electromagnetic radiation Facts for Kids
- Espectro electromagnético
- Luz
- Bioelectromagnetismo
- Radio
- Coeficiente de Absorción Específica
- Astronomía ultravioleta
- Radiación electromagnética y salud
- Energía electromagnética
- Campo electromagnético
- Polarización electromagnética
