¿Qué es una onda electromagnética?
El término onda electromagnética describe la forma en que la radiación electromagnética (EMR) se mueve a través del espacio. Las diferentes formas de EMR se distinguen por sus longitudes de onda, que varían desde muchos metros (metros) hasta una distancia menor que el diámetro de un núcleo atómico. El rango completo, en orden decreciente de longitud de onda, va desde las ondas de radio a través de microondas, luz visible, ultravioleta y rayos X hasta los rayos gamma y se conoce como espectro electromagnético. Las ondas electromagnéticas tienen muchas aplicaciones, tanto en la ciencia como en la vida cotidiana.
Ondas de luz
En muchos aspectos, una onda electromagnética se comporta de manera similar a las ondas en el agua, o al sonido que viaja a través de un medio como el aire. Por ejemplo, si se ilumina una luz en una pantalla a través de una barrera con dos rendijas estrechas, se ve un patrón de rayas claras y oscuras. Esto se llama un patrón de interferencia: donde las crestas de las ondas de una ranura se unen con las de la otra, se refuerzan entre sí, formando una franja brillante, pero cuando una cresta se encuentra con un canal, se cancelan, dejando una franja oscura. La luz también puede doblarse alrededor de un obstáculo, como los rompeolas del océano alrededor de una pared del puerto: esto se conoce como difracción. Estos fenómenos proporcionan evidencia de la naturaleza ondulatoria de la luz.
Durante mucho tiempo se supuso que, como el sonido, la luz debe viajar a través de algún tipo de medio. A este se le dio el nombre de "éter", a veces deletreado "éter", y se pensó que era un material invisible que llenaba el espacio, pero a través del cual los objetos sólidos podían pasar sin obstáculos. Los experimentos diseñados para detectar el éter por su efecto sobre la velocidad de la luz en diferentes direcciones no lograron encontrar ninguna evidencia de ello, y la idea finalmente fue rechazada. Era evidente que la luz, y otras formas de EMR, no requerían ningún medio y podían viajar a través del espacio vacío.
Longitud de onda y frecuencia
Al igual que una ola oceánica, una onda electromagnética tiene picos y valles. La longitud de onda es la distancia entre dos puntos idénticos de la onda de ciclo a ciclo, por ejemplo, la distancia entre un pico o cresta y el siguiente. EMR también se puede definir en términos de su frecuencia, que es el número de crestas que pasan en un intervalo de tiempo dado. Todas las formas de EMR viajan a la misma velocidad: la velocidad de la luz. Por lo tanto, la frecuencia depende completamente de la longitud de onda: cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la frecuencia.
Energía
Longitud de onda más corta, o frecuencia más alta, EMR transporta más energía que longitudes de onda más largas o frecuencias más bajas. La energía transportada por una onda electromagnética determina cómo afecta la materia. Las ondas de radio de baja frecuencia perturban ligeramente los átomos y las moléculas, mientras que las microondas hacen que se muevan más vigorosamente: el material se calienta. Los rayos X y los rayos gamma tienen mucho más impacto: pueden romper enlaces químicos y expulsar electrones de los átomos, formando iones. Por esta razón, se describen como radiación ionizante.
El origen de las ondas electromagnéticas
La relación entre la luz y el electromagnetismo fue establecida por el trabajo del físico James Clerk Maxwell en el siglo XIX. Esto condujo al estudio de la electrodinámica, en la que las ondas electromagnéticas, como la luz, se consideran perturbaciones o "ondas" en un campo electromagnético, creado por el movimiento de partículas cargadas eléctricamente. A diferencia del éter inexistente, el campo electromagnético es simplemente la esfera de influencia de una partícula cargada, y no una cosa material tangible.
Un trabajo posterior, a principios del siglo XX, mostró que la EMR también tenía propiedades similares a las partículas. Las partículas que forman la radiación electromagnética se llaman fotones . Aunque parezca contradictorio, EMR puede comportarse como ondas o como partículas, dependiendo del tipo de experimento que se lleve a cabo. Esto se conoce como dualidad onda-partícula. También se aplica a partículas subatómicas, átomos completos e incluso moléculas bastante grandes, que a veces pueden comportarse como ondas.
La dualidad onda-partícula surgió a medida que se desarrollaba la teoría cuántica. Según esta teoría, la "onda" representa la probabilidad de encontrar una partícula, como un fotón, en una ubicación determinada. La naturaleza ondulatoria de las partículas y la naturaleza ondulatoria de las olas han dado lugar a una gran cantidad de debate científico y algunas ideas alucinantes, pero no hay consenso general sobre lo que realmente significa.
En la teoría cuántica, la radiación electromagnética se produce cuando las partículas subatómicas liberan energía. Por ejemplo, un electrón en un átomo puede absorber energía, pero eventualmente debe caer a un nivel de energía más bajo y liberar la energía como EMR. Dependiendo de cómo se observe, esta radiación puede aparecer como una partícula o una onda electromagnética.
Usos
Gran parte de la tecnología moderna depende de las ondas electromagnéticas. La radio, la televisión, los teléfonos móviles e Internet dependen de la transmisión de EMR de radiofrecuencia a través de cables aéreos, espaciales o de fibra óptica. Los láseres utilizados para grabar y reproducir DVD y CD de audio utilizan ondas de luz para escribir y leer en los discos. Las máquinas de rayos X son una herramienta esencial en medicina y seguridad aeroportuaria. En ciencia, nuestro conocimiento del universo proviene en gran medida del análisis de la luz, las ondas de radio y los rayos X de estrellas y galaxias distantes.
Peligros
No se cree que las ondas electromagnéticas de baja energía, como las ondas de radio, sean dañinas. Sin embargo, a energías más altas, EMR plantea riesgos. La radiación ionizante, como los rayos X y los rayos gamma, puede matar o dañar las células vivas. También pueden alterar el ADN, lo que puede provocar cáncer. El riesgo para los pacientes de rayos X médicos se considera insignificante, pero los radiógrafos, que están expuestos a ellos regularmente, usan delantales de plomo, que los rayos X no pueden penetrar, para protegerse. La luz ultravioleta, presente en la luz solar, puede causar quemaduras solares y también puede causar cáncer de piel si la exposición es excesiva.