Conceptos Fundamentales del Espectro Electromagnético y la Interacción de la Luz

El Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético se conoce como el conjunto de todas las radiaciones de diferente frecuencia en que puede descomponerse la radiación electromagnética. Dado que la velocidad de propagación es constante, se caracteriza por la longitud de onda o la frecuencia.

El espectro se divide tradicionalmente en siete zonas principales:

Ondas de radio

Son las de mayor longitud de onda, con un límite inferior de unos 30 cm. En este amplio intervalo se encuentran las ondas largas (kilómetros), las de radio AM (hectómetros), las de radio FM y televisión (metros), y las de onda corta (centímetros).

Microondas

Abarcan desde 1 mm hasta 30 cm. La parte más baja de este rango se utiliza para la telefonía móvil y también para comunicaciones con vehículos especiales, ya que penetran fácilmente en la atmósfera.

Infrarrojo (IR)

Se extienden desde 1 mm hasta 10⁻⁶ m y son las radiaciones emitidas por cuerpos calientes.

Luz visible

Es la franja que pueden captar nuestros ojos. Abarca desde 10⁻⁶ m (1000 nm) hasta 390 nm y va desde el rojo (1000 nm) al violeta (390 nm), pasando por el naranja, amarillo, verde y azul.

Ultravioleta (UV)

Se extiende desde 390 nm hasta 1 nm. Esta zona se subdivide en otras tres:

• UV-A: Es un buen catalizador de vitaminas y contribuye a la fijación del calcio en los huesos.
• UV-B: En alta intensidad, es perjudicial para el sistema inmunológico, la piel y los ojos humanos, e impide el crecimiento de las plantas y del plancton.
• UV-C: Es la más dañina y es absorbida por la capa de ozono casi en su totalidad, junto con parte de la UV-B.

La zona Ultravioleta (UV), que abarca de 390 hasta 1 nm, se subdivide en otras tres. La UV-A, que es un buen catalizador de vitaminas y contribuye a la fijación del calcio en los huesos. La UV-B, que en alta intensidad es perjudicial para el sistema inmunológico, la piel y los ojos humanos, e impide el crecimiento de las plantas y del plancton. Y la UV-C, la más dañina, que es absorbida por la capa de ozono casi en su totalidad, junto con parte de la B.

Rayos X

Sus longitudes de onda van desde 1 nm hasta 10⁻¹¹ m, es decir, del tamaño de las distancias interatómicas en sólidos. Por ello, son útiles para determinar la estructura de los cristales y en medicina para las radiografías. Su peligro deriva de la alta energía que transmiten.

Rayos gamma

Abarcan desde los 10⁻¹¹ m hasta valores infinitesimales. Su frecuencia y energía son muy elevadas, lo que los hace muy peligrosos para cualquier forma de vida. Se usan para combatir células cancerosas y son absorbidos por el plomo o el hormigón de cierto grosor.

Reflexión de la luz

Cuando una onda luminosa incide sobre una superficie de separación de dos medios transparentes, una parte se refleja, cambiando de dirección pero conservando su velocidad. La otra parte pasa al otro medio, donde se transmite y absorbe parcialmente, cambiando de dirección y velocidad.

La reflexión se caracteriza por un ángulo de incidencia y un ángulo reflejado. Experimentalmente, es fácil comprobar las leyes de Snell para la reflexión:

1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
2. Los ángulos de incidencia y reflejado son iguales.

Refracción de la luz

Se conoce como refracción al cambio en la dirección de propagación de la luz cuando incide oblicuamente de un medio a otro distinto. Se caracteriza por un ángulo de incidencia y un ángulo refractado.

Las leyes de Snell de la refracción establecen que:

1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo refractado es una constante característica de los dos medios.

Si la luz pasa de un medio a otro de mayor índice de refracción, el rayo refractado se acerca a la normal. En el caso contrario, se obtiene la reacción inversa. Según este estudio, podemos considerar la reflexión como un caso particular de la refracción, pero dentro del mismo medio.

Absorción de la luz

La luz, al igual que cualquier otra onda, cuando atraviesa un medio material, no solo experimenta los fenómenos de reflexión y refracción, sino que parte de su energía se transforma, por ejemplo, en calor. Este fenómeno se conoce como absorción y depende del tipo de radiación y del medio que atraviese.

Según la ley de Lambert-Bouguer, la intensidad de la radiación luminosa se expresa como:

I = I₀ * e^-αr

Donde:

• I: es la intensidad tras atravesar el medio.
• I₀: es la intensidad luminosa incidente.
• α (alfa): es el coeficiente de absorción del medio, medido en m⁻¹.
• r: es el espesor del medio.