Anatomía de una onda electromagnética

 

Energía, una medida de la capacidad de hacer trabajo, se presenta de muchas formas y puede transformarse de un tipo a otro. Ejemplos de energía almacenada o potencial incluyen las pilas y el agua en una presa. Los objetos en movimiento son ejemplos de energía cinética. Partículas cargadas, tales como electrones y protones-crear campos electromagnéticos cuando se mueven, y estos campos transportan el tipo de energía que llamamos radiación electromagnética, o luz.

¿CUÁLES SON LAS ONDAS?

Ondas mecánicas y ondas electromagnéticas son dos formas importantes de que la energía se transporta en el mundo que nos rodea. Ondas en el agua y las ondas sonoras en el aire son dos ejemplos de ondas mecánicas. Ondas mecánicas son causadas por una alteración o vibraciones en la materia, ya sean sólidos, gas, líquido o plasma. La materia a través de que viajan las ondas  se llama un medio. Ondas de agua se forman por las vibraciones en un líquido y las ondas de sonido se forman por las vibraciones en un gas (aire). Estas ondas mecánicas viajan a través de un medio, causando que las moléculas chocan entre sí, como la caída de fichas de dominó que transfieren la energía de uno a otro. Las ondas sonoras no pueden viajar en el vacío del espacio, porque no hay ningún medio para transmitir estas ondas mecánicas.

Ondas clásicas transfieren energía sin transporte de materia a través del medio. Ondas en un estanque no llevan las moléculas de agua de un lugar a otro; en lugar de la energía de la onda viaja a través del agua, dejando las moléculas de agua en el lugar, al igual que un meneo de error en la parte superior de las ondas en el agua.

Ondas electromagnéticas

Crédito: Ginger Carnicero

La electricidad puede ser estática, como la energía que puede poner los pelos de punta. Magnetismo también puede ser estático, como lo es en un imán de refrigerador. Un campo magnético variable induce un campo eléctrico variable y viceversa-los dos están relacionados. Estos campos cambian de forma de ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas difieren de las ondas mecánicas en que no requieren un medio para propagar.Esto significa que las ondas electromagnéticas pueden viajar no sólo a través del aire y los materiales sólidos, pero también a través del vacío del espacio.

En las décadas de 1860 y 1870, un científico escocés llamado James Clerk Maxwell desarrolló una teoría científica para explicar las ondas electromagnéticas. Se dio cuenta de que los campos eléctricos y campos magnéticos pueden en pareja juntos formar las ondas electromagnéticas. Resumió esta relación entre la electricidad y el magnetismo en lo que ahora se conoce como "Las ecuaciones de Maxwell."

Heinrich Hertz, físico alemán, aplica las teorías de Maxwell a la producción y recepción de ondas de radio. La unidad de frecuencia de una onda de radio - un ciclo por segundo - se llama el hertz, en honor a Heinrich Hertz.

Su experimento con ondas de radio resolvio dos problemas. En primer lugar, que había demostrado en el hormigón, lo que Maxwell sólo había teorizado - que la velocidad de las ondas de radio es igual a la velocidad de la luz! Esto demostró que las ondas de radio eran una forma de luz! En segundo lugar, Hertz descubrió cómo hacer que los campos eléctricos y magnéticos se desprenden de cables y sea libre en forma de ondas de Maxwell - ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas se forman por las vibraciones de los campos eléctricos y magnéticos. Estos campos son perpendiculares el uno al otro en la dirección de la ola está viajando. Una vez formada, esta energía viaja a la velocidad de la luz hasta nuevo interacción con la materia.

Ondas o partículas? SÍ!

Luz está hecha de paquetes discretos de energía llamados fotones. Los fotones llevar el impulso, no tienen masa, y viajan a la velocidad de la luz.Toda luz tiene tanto propiedades ondulatorias y como de las partículas. Como un instrumento está diseñado para detectar la influencia de luz que de estas propiedades se observan. Un instrumento que difracta luz en un espectro de análisis es un ejemplo de la observación de la propiedad en forma de onda de la luz. La naturaleza de las partículas de la luz como se observa por los detectores utilizados en cámaras digitales fotones-individuales liberar electrones que se utilizan para la detección y almacenamiento de los datos de imagen.

POLARIZACIÓN

Una de las propiedades físicas de la luz es que puede ser polarizada. La polarización es una medición de la alineación de campo electromagnético. En la figura anterior, el campo eléctrico (en rojo) está polarizada verticalmente. Piense en una lanza un disco volador en una valla de estacas. En una orientación que va a pasar a través, en otro será rechazado.Esto es similar a cómo las gafas de sol son capaces de eliminar el brillo mediante la absorción de la parte de la luz polarizada.

DESCRIPCIÓN DE ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA

Los términos de las luces, las ondas electromagnéticas y radiación todos se refieren al mismo fenómeno físico: energía electromagnética. Esta energía puede ser descrito por la frecuencia, longitud de onda, o energía. Los tres están relacionadas matemáticamente de tal manera que si usted conoce uno, se puede calcular que los otros dos. La radio y las microondas son generalmente descritas en términos de frecuencia (Hertz), la luz infrarroja y visible en términos de longitud de onda (metros), y los rayos X y los rayos gamma en términos de energía (electronvoltios). Esta es una convención científica que permite el uso conveniente de unidades que tienen números que no son ni demasiado grande ni demasiado pequeño.

FRECUENCIA

El número de crestas que pasan por un punto dado dentro de un segundo se describe como la frecuencia de la onda. Una onda o ciclos por segundo se llama Hertz (Hz), después de Heinrich Hertz quien estableció la existencia de las ondas de radio. Una onda con dos ciclos que pasan por un punto en un segundo tiene una frecuencia de 2 Hz.

LONGITUD DE ONDA

Las ondas electromagnéticas tienen crestas y valles similares a las de las olas del mar. La distancia entre las crestas es la longitud de onda. Las longitudes de onda más cortas son sólo fracciones del tamaño de un átomo, mientras que las longitudes de onda más largas, estudios científicos actuales,  puede ser más grande que el diámetro de nuestro planeta!

ENERGÍA

Una onda electromagnética puede describirse también en términos de sus unidades de medida de energía llamada electrón-voltios (eV). Un voltios de electrones es la cantidad de energía cinética necesaria para mover un electrón a través de uno potencial voltios. Moviéndose a lo largo del espectro de largo a longitudes de onda cortas, aumenta la energía como se acorta la longitud de onda. Considere la posibilidad de una cuerda de saltar con sus extremos siendo arrastradas hacia arriba y abajo. Se necesita más energía para hacer que la cuerda tenga más olas.

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