Ondas electromagnéticas y espectro electromagnético: naturaleza de la luz, radiación solar y efecto invernadero

Fuerza electromagnética

Fuerza electromagnética: actúa a distancia, aunque los cuerpos no estén en contacto, y su alcance es largo (depende de la separación de los cuerpos y de su intensidad).

Energía radiante: se transmite de un cuerpo a otro por el vacío a 300 000 km/s. Llega desde el Sol, atraviesa la atmósfera y calienta la superficie. Se transmite en forma ondulatoria.

Ondas electromagnéticas

Ondas electromagnéticas: se propagan sin desplazar materia. Transportan energía. No necesitan medio material y pueden propagarse incluso en el vacío.

Forma de una onda

• Cresta: punto de mayor altura (posición más alta).
• Valle: punto de menor altura (posición más baja).
• Amplitud: altura de la cresta.
• Longitud de onda: distancia entre dos valles consecutivos.

Velocidad y frecuencia

La frecuencia se mide en hercios (Hz) y depende del origen de las oscilaciones.

• Onda periódica: onda que se repite con una frecuencia determinada.
• Periodo: tiempo que tarda en propagarse una longitud de onda.

Espectro electromagnético

• Ondas de radio: tienen gran longitud de onda (de hasta kilómetros).
• Microondas: más cortas que las de radio (de 30 cm a 1 mm). Largas: cocción de alimentos. Cortas: comunicaciones por satélite.
• Radiación infrarroja (IR): entre 1 mm y una milésima de mm. Corta: control remoto y sensores. Larga: calor del Sol y del fuego.
• Luz visible: la longitud de onda que el ojo humano percibe va de 700 a 400 nm (en forma de luz: del rojo al violeta).
• Rayos ultravioleta (UV): de 10 a 10^-10 nm. Se usan en radiografías.
• Rayos gamma: menores de 10^-11 nm. Se producen en explosiones nucleares y en el Sol; pueden destruir células cancerosas.

Naturaleza de la luz

• Teoría corpuscular (Newton): la luz está compuesta por partículas o corpúsculos diminutos. Los objetos opacos proyectan sombras.
• Teoría ondulatoria (Huygens): la luz es una onda.

Interferencia

Interferencia: si dos ondas coinciden, no colisionan. En los puntos donde coinciden momentáneamente, el efecto de una se suma al de la otra.

Patrón de interferencia: ondas que se producen cuando dos cosas caen al agua y se superponen.

• Interferencia constructiva: ambas crestas coinciden; los efectos se suman, dando mayor amplitud.
• Interferencia destructiva: una cresta y un valle coinciden; se reducen mutuamente.

Efecto fotoeléctrico

Teoría del efecto fotoeléctrico (Einstein): la luz se compone de fotones.

Naturaleza dual

Hoy se sabe que la luz tiene naturaleza dual: en algunos casos se comporta como onda y en otros como partícula. (Dualidad onda-partícula)

Radiación solar

Radiación solar:

• Ondas visibles: longitud de onda de 400 (violeta) a 700 nm (rojo). Son fundamentales para la vida, pues son la fuente de energía para la fotosíntesis.
• Ondas infrarrojas: longitud de onda de 700 a 3000 nm. Dependen de la temperatura del objeto que las emite (a mayor temperatura, ondas cortas; a menor temperatura, ondas largas). Hacen que el planeta tenga la temperatura adecuada para la vida.
• Ondas ultravioleta (UV): longitud de onda de 100 a 400 nm. Producen muy poco material genético. Causan lesiones en la piel y los ojos. Se clasifican en UV-A, UV-B y UV-C (la más nociva). La mayor parte se retiene en la atmósfera.

Capa de ozono

O₃: la capa de ozono retiene los UV-C, que no llegan a la superficie. Se mide en unidades Dobson.

Los aerosoles y sistemas de refrigeración usaban CFC y halones, sustancias baratas y no tóxicas pero no óptimas: la radiación UV rompía sus moléculas y liberaba cloro y bromo, que destruían el O₃. Esto produjo el agujero de ozono.

Efecto invernadero

Efecto invernadero: la atmósfera deja pasar la radiación solar. La superficie la absorbe y la irradia con una longitud de onda más larga (energía de nuestro planeta: radiación terrestre). Los gases atmosféricos (CO₂ y vapor de agua) impiden que parte de esta radiación atraviese la atmósfera, lo que favorece el calentamiento del planeta.

Una mayor concentración de gases en la atmósfera y un aumento de la temperatura pueden subir hasta niveles perjudiciales, provocando el calentamiento global, que puede producir desequilibrios climáticos.