Ondas de radio para niños
Las ondas de radio son un tipo de energía que viaja como ondas, parecidas a las ondas en el agua, pero invisibles. Son parte de algo más grande llamado radiación electromagnética, que incluye la luz que vemos y los rayos X. Las ondas de radio tienen longitudes de onda más largas que la luz infrarroja.
Estas ondas pueden tener frecuencias desde 10 kHz (kilohertz) hasta 10 THz (terahertz). Sus longitudes de onda van desde 100 km (kilómetros) hasta 100 μm (micrómetros). Al igual que todas las ondas electromagnéticas, las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz cuando están en el vacío o en el aire.
Las ondas de radio pueden aparecer de forma natural, por ejemplo, durante los relámpagos o desde objetos en el espacio. También las creamos los humanos para muchas cosas, como la radio, los teléfonos móviles, el radar, los satélites de comunicaciones y las redes inalámbricas.
Los transmisores de radio generan estas ondas, y los receptores de radio las captan. Las ondas de radio se comportan de manera diferente según su frecuencia. Algunas pueden rodear obstáculos como montañas (ondas de superficie), otras rebotan en una capa de la atmósfera llamada ionosfera y llegan muy lejos (ondas ionosféricas), y las más cortas viajan en línea recta, limitadas por el horizonte visual.
Contenido
¿Quién descubrió las ondas de radio?
Las ondas de radio fueron predichas por primera vez en 1867 por el físico y matemático escocés James Clerk Maxwell. Él descubrió que la luz se comporta como una onda y notó similitudes entre la electricidad y el magnetismo. Sus ecuaciones, conocidas como ecuaciones de Maxwell, describían cómo las ondas de luz y las ondas electromagnéticas viajan por el espacio, emitidas por partículas cargadas que se mueven.
En 1887, Heinrich Hertz demostró que las ondas electromagnéticas de Maxwell eran reales. En su laboratorio, generó ondas de radio y mostró que tenían las mismas propiedades que la luz, como la formación de ondas estacionarias, la refracción, la difracción y la polarización. Al principio, estas ondas se llamaban "ondas hertzianas".
A mediados de la década de 1890, Guglielmo Marconi fue el primero en usar las ondas de radio para la comunicación. Él desarrolló los primeros transmisores y receptores de radio prácticos. El nombre "ondas de radio" reemplazó a "ondas hertzianas" alrededor de 1912.
Velocidad, longitud de onda y frecuencia de las ondas de radio
En el vacío, las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz. Cuando atraviesan un material, su velocidad disminuye un poco. En la atmósfera terrestre, las ondas de radio viajan casi a la velocidad de la luz porque el aire es muy ligero.
La longitud de onda es la distancia entre dos picos de la onda. Es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Esto significa que si la frecuencia es alta, la longitud de onda es corta, y si la frecuencia es baja, la longitud de onda es larga.
Por ejemplo, una onda de radio de 1 Hz (un hertz) tiene una longitud de onda de casi 300 millones de metros (299.792.458 m). Una señal de radio de 1 MHz (un millón de hertz) tiene una longitud de onda de 299,8 m.
¿Cómo se propagan las ondas de radio?
Entender cómo se mueven las ondas de radio en el espacio y sobre la Tierra es muy importante para diseñar sistemas de radio. Las ondas de radio pueden reflejarse, refractarse, polarizarse, difractarse y absorberse al pasar por diferentes entornos. Las distintas frecuencias experimentan estas cosas de manera diferente en la atmósfera, lo que hace que algunas bandas de radio sean mejores para ciertos usos.
Los sistemas de radio usan principalmente tres formas de propagación:
- Línea de visión: Las ondas de radio viajan en línea recta desde la antena que transmite hasta la que recibe. A frecuencias más bajas, pueden atravesar edificios u otros obstáculos. Este es el único método para frecuencias superiores a 30 MHz. En la Tierra, la propagación por línea de visión está limitada por el horizonte visual, a unos 64 km. Así funcionan los teléfonos móviles, las transmisiones de FM, la televisión y el radar. Las antenas parabólicas pueden enviar haces de microondas a través de largas distancias. Las estaciones terrestres también pueden comunicarse con satélites y naves espaciales a miles de millones de kilómetros.
- Propagación indirecta: Las ondas de radio pueden llegar a lugares más allá de la línea de visión al doblarse (difracción) o rebotar (reflexión). La difracción permite que una onda rodee obstáculos como edificios o vehículos. Las ondas también se reflejan en superficies como paredes o el suelo. Esto ocurre en sistemas de radio de corto alcance, como teléfonos inalámbricos o redes inalámbricas. Un problema de este método es que las ondas pueden llegar por múltiples caminos, lo que a veces causa interferencias.
- Ondas terrestres: A frecuencias inferiores a 2 MHz (en las bandas de onda media y onda larga), las ondas de radio polarizadas verticalmente pueden doblarse sobre colinas y montañas, siguiendo la curvatura de la Tierra. Esto permite que las estaciones de radio de onda media y larga cubran áreas a cientos de kilómetros más allá del horizonte. Cuanto menor es la frecuencia, menor es la pérdida y mayor es el alcance. Los sistemas de comunicación militar de muy baja frecuencia (VLF) y extremadamente baja frecuencia (ELF) pueden comunicarse en casi toda la Tierra y con submarinos a cientos de metros bajo el agua.
- Ondas del cielo: En las ondas de onda media y onda corta, las ondas de radio se reflejan en capas de partículas cargadas (iones) en la ionosfera. Así, las ondas de radio enviadas hacia el cielo pueden regresar a la Tierra más allá del horizonte. Esto se llama propagación "por salto" o "skywave". Usando múltiples saltos, se puede lograr comunicación a distancias intercontinentales. La propagación por ondas del cielo es variable y depende de las condiciones atmosféricas; es más confiable por la noche y en invierno. Aunque fue muy usada en la primera mitad del siglo XX, su falta de fiabilidad ha hecho que se use menos hoy en día. Todavía se usa en algunos radares militares, sistemas automatizados, por radioaficionados y en estaciones de onda corta para transmitir a otros países.
¿Cómo funciona la comunicación por radio?
En los sistemas de comunicación por radio, la información viaja por el espacio usando ondas de radio. En el lado que envía, la información (como el sonido de un micrófono, un video de una cámara o datos de una computadora) se convierte en una señal eléctrica y se envía a un transmisor de radio.
El transmisor tiene un oscilador electrónico que crea una corriente alterna que vibra a una frecuencia de radio. Esta es la "onda portadora", porque "transporta" la información por el aire. La señal de información se usa para "modular" la portadora, es decir, se altera algún aspecto de la portadora para "mezclar" la información en ella. La portadora modulada se amplifica y se envía a una antena. La corriente que vibra en la antena empuja los electrones de un lado a otro, creando campos eléctricos y magnéticos que se irradian como ondas de radio. Estas ondas de radio llevan la información al lugar donde está el receptor.
En el receptor, los campos eléctricos y magnéticos de la onda de radio entrante empujan los electrones de la antena receptora, creando una pequeña señal eléctrica que es una copia más débil de la que se envió. Esta señal se envía al receptor de radio. El receptor primero usa un filtro especial para separar la señal de la estación de radio deseada de todas las demás señales que capta la antena. Luego, amplifica la señal para hacerla más fuerte y finalmente extrae la información usando un "demodulador". La información recuperada se envía a un altavoz para producir sonido, a una pantalla de televisión para mostrar una imagen, o a una computadora si son datos digitales.
Las ondas de radio de muchos transmisores pueden viajar por el aire al mismo tiempo sin interferir. Se pueden separar en el receptor porque cada transmisor usa una frecuencia diferente, medida en kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). El filtro del receptor tiene un circuito que actúa como un resonador, similar a un diapasón. Tiene una frecuencia natural a la que vibra. Cuando se sintoniza a la frecuencia de la estación deseada, la señal de radio de esa estación hace que el circuito vibre en sintonía, y así pasa la señal al resto del receptor. Las señales de radio de otras frecuencias son bloqueadas.
Efectos de las ondas de radio en el cuerpo y el ambiente
Las ondas de radio son un tipo de radiación no ionizante. Esto significa que no tienen suficiente energía para quitar electrones de los átomos o romper enlaces químicos, lo que podría dañar el ADN. El efecto principal de las ondas de radio al ser absorbidas por los materiales es calentarlos, de forma similar a cómo las ondas infrarrojas de un calentador calientan las cosas. El campo eléctrico de la onda hace que las moléculas vibren, aumentando la temperatura. Así es como un horno de microondas cocina la comida.
A diferencia de las ondas infrarrojas, que calientan principalmente la superficie de los objetos, las ondas de radio pueden penetrar más profundamente y depositar su energía dentro de los materiales y tejidos vivos. La profundidad a la que penetran las ondas de radio disminuye con su frecuencia. Por ejemplo, las microondas de 2.45 GHz en un horno de microondas penetran la mayoría de los alimentos entre 2,5 y 3,8 cm.
Las ondas de radio se han usado en medicina durante 100 años en una terapia llamada diatermia, para calentar tejidos profundos del cuerpo y mejorar el flujo sanguíneo y la curación. Más recientemente, se han usado para crear temperaturas más altas en tratamientos para ciertas células. Mirar una fuente de ondas de radio muy de cerca, como la guía de onda de un transmisor de radio en funcionamiento, puede calentar el ojo y causar problemas en el cristalino.
Dado que el efecto de calentamiento es similar al de otras fuentes de calor, la mayoría de las investigaciones sobre posibles riesgos para la salud de la exposición a las ondas de radio se han centrado en efectos "no térmicos", es decir, si las ondas de radio tienen algún efecto en los tejidos además del calentamiento. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) ha clasificado la radiación electromagnética como "posiblemente cancerígena para los humanos", basándose en pruebas limitadas relacionadas con el posible riesgo de cáncer por el uso de teléfonos móviles. La IARC enfatiza que estas pruebas son débiles.
Las ondas de radio pueden ser bloqueadas por una lámina o pantalla de metal conductora, como una jaula de Faraday. Una pantalla de metal protege contra las ondas de radio siempre que los agujeros en la pantalla sean más pequeños que aproximadamente 1/20 de la longitud de onda de las ondas.
¿Cómo se miden las ondas de radio?
Las ondas de radio tienen componentes eléctricos y magnéticos. Por eso, a menudo se mide su intensidad usando unidades específicas para cada componente. Para el componente eléctrico, se usan los voltios por metro (V/m), y para el componente magnético, los amperios por metro (A/m). Estas unidades nos dan información sobre los niveles de intensidad del campo eléctrico y magnético en un lugar determinado.
Véase también
En inglés: Radio wave Facts for Kids
