Fundamentos de Ondas Electromagnéticas: Propagación, Reflexión y Fenómenos Ópticos

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son perturbaciones periódicas de los campos eléctricos y magnéticos asociados que se propagan por el espacio.

Características principales

• La oscilación de los campos magnéticos y eléctricos se produce en planos perpendiculares a la dirección de propagación.
• La onda electromagnética es perpendicular a los vectores E y B, según las leyes de Maxwell.
• La velocidad de propagación viene dada por la fórmula: V = 1 / √(ε₀ · μ₀), donde ε₀ = 8,9 x 10⁻¹² F/m y μ₀ = 12,57 x 10⁻⁷ N/A².

Reflexión de la luz

La luz incide en la superficie de separación de dos medios distintos; parte de esta se refracta (atraviesa) y otra se refleja (rebota).

Tipos de reflexión

Dependiendo de las irregularidades y la relación entre sus dimensiones:

• Especular: Las irregularidades son pequeñas comparadas con la longitud de onda; el rayo reflejado mantiene una dirección única.
• Difusa: Las irregularidades son del tamaño de la longitud de onda; se producen reflexiones en todas las direcciones.

Refracción

Se rige por la ley de Snell: n₁ · sen(i) = n₂ · sen(r), derivada de la relación entre velocidades y los índices de refracción (v = c / n).

Otros fenómenos ondulatorios

Interferencia

Estudiada por Young, ocurre cuando luces procedentes de dos focos distintos tienen la misma frecuencia y una diferencia de fase constante.

• Constructiva: Si la diferencia de camino es múltiplo de la longitud de onda (r₁ - r₂ = n · λ).
• Destructiva: Si la diferencia de distancias es un número impar de semilongitudes de onda (r₁ - r₂ = (2n + 1) · λ / 2).

Difracción

Fenómeno donde la onda modifica su dirección de propagación. Según el Principio de Huygens, todos los puntos del frente de ondas son focos secundarios. Esto sucede cuando el orificio es pequeño y la onda se propaga en diferentes direcciones.

Polarización

La luz, como onda electromagnética, oscila perpendicularmente. Cuando la oscilación ocurre en un único plano, se denomina luz linealmente polarizada. La luz emitida por muchos átomos no está polarizada, ya que las oscilaciones se producen en todos los planos.

Dispersión

Ocurre cuando un haz luminoso se mezcla con ondas de diversas frecuencias (ej. el arcoíris). En el vacío, la velocidad de propagación es igual para todas las frecuencias, pero en medios donde el índice de refracción depende de la frecuencia, se produce este fenómeno.

Absorción

Fenómeno en el que la energía luminosa que llega al cuerpo es mayor que la que sale de él, ya que parte ha sido transformada en energía interna. Esto permite diferenciar cuerpos:

• Opacos: La mayoría de la energía se transforma en energía interna.
• Transparentes: La mayor parte de la energía se reemite en forma de fotones.

Este fenómeno explica los colores: un cuerpo opaco puede tener una absorción selectiva (por ejemplo, un objeto rojo absorbe todas las radiaciones menos el rojo, que es el que refleja).