Estamos rodeados de radiación
electromagnética, y como hemos visto, nosotros y cada una de las
partes de nuestro cuerpo emite esta radiación. ¡Nuestro cuerpo emitiendo radiación! ¿Pero qué es esto?
Afortunadamente,
la radiación la tenemos tan a la mano que es muy familiar para nosotros. Por
ejemplo, la luz es radiación electromagnética. Todo lo demás es
cuestión de tamaño: la frecuencia
o
energía
según lo que queramos tener en cuenta porque están muy relacionadas. Spoiler: Necesitamos algunas fórmulas para entenderlo. Si las fórmulas no te van o en este
momento son muy avanzadas para tí, no problem:
pasa directamente al siguiente párrafo.
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| Fig. 1. Empezamos con los spoilers. Imagen de Top ridiculous car spoilers. |
Luz, radiación electromagnética, energía
Actualmente
sabemos que la radiación electromagnética son un entramado de ondas
eléctricas y magnéticas autosostenidas.
¡Uyuyuy!… como suena eso…
Afortunadamente se puede entender. Es como el pedaleo en una
bicicleta: Cuando empujas un pedal hacia abajo, el pedal que
está abajo
subirá,
y cuando llega a su punto más alto, lo empujas hacia abajo,
repitiendo el proceso anterior. En nuestro caso, un pedal es una onda
eléctrica y el otro pedal es la onda magnética. Su forma es la siguiente:
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| Fig. 1. La Física en todo su esplendor. Fuente:
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Por ejemplo, la Figura 1 es una imagen fija de la onda electromagnética, es como una fotografía y sirve para identificar cada uno de los componentes sin prisa; para visualizar mejor el ejemplo de los pedales vale la pena no solo ver la fotografía, sino el video. Aquí lo tenemos desde dos puntos de vista:
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| Fig. 2. Ondas electromagnéticas, la película. Crédito: Docencia Wiki Tic. |
y si movemos la “cámara” (el
punto de vista) un poco hacia otro lado se vería así:
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| Fig. 3. Ahora movemos un poco nuestra cámara y se ven mejor las ondas. Crédito: Docencia Wiki Tic. |
Las líneas rojas
representan el campo eléctrico E, mientras que las
líneas azules representan el campo magnético B;
también nos dan el
efecto de movimiento hacia la derecha que es la dirección de
desplazamiento de la onda.
Como se puede ver, la intensidad de los campos cambia continuamente, pues el cambio en uno de ellos induce el cambio en el otro. Esto lo veremos con detalle en otro post y que fue magníficamente explicado y profetizado por James Clerk Maxwell.
La distancia que va de un pico máximo a otro de la onda (representada por el
símbolo λ)
se conoce como longitud
de onda y se puede pensar como un tipo de "tamaño" de una onda completa (a lo
que da gracias el Sr. Max Planck). Tan importante es que a partir de ella vamos a poder clasificar la radiación electromagnética por su energía. Lo veremos más adelante, así que es un concepto a recordar.
Como se puede ver, la intensidad de los campos cambia continuamente, pues el cambio en uno de ellos induce el cambio en el otro. Esto lo veremos con detalle en otro post y que fue magníficamente explicado y profetizado por James Clerk Maxwell.
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| Fig. 4. FIGURA. |
¡Muy importante!
Este hito fue otro de los pilares de la Ciencia, en particular de la Física:
El
símbolo λ
se conoce como longitud
de onda y representa
la distancia entre dos puntos máximos de una onda (o entre dos
mínimos) y se considera que es el tamaño de una onda completa (a lo
que da gracias el Sr. Max Planck).
Radiación electromagnética: Longitud de onda, frecuencia y energía |
Muy bien, ya sabemos qué es la radiación electromagnética. Y como buenos animales clasificadores que somos, vamos a clasificarla según qué tan fuerte o débil sea. En la siguiente imagen se muestra la típica clasificación, conocida como Espectro Electromagnético (Espectro significa Imagen. Clic para más información).
Una
de las consecuencias de la Teoría del Electromagnetismo de Maxwell
era la existencia de estas ondas, que además se debían mover a una
velocidad muy específica: la velocidad de la luz (que se representa
simplemente como c). Como todas las ondas, además de λ
también tiene una frecuencia f (número de ondas completas
por segundo, por ejemplo). Maxwell calculó que se debía cumplir
siempre la siguiente relación:
c
= f · λ
Donde
ya sabemos quien es quien (c es la velocidad de la luz, f
la frecuencia y λ
la
longitud
de onda). Una fórmula tan simple da para mucho, como ahora vamos a
ver.
Como
cambia la frecuencia según la longitud de onda que le queramos
poner, por
tanto, si
pudiéramos controlar la longitud de onda podríamos controlar la
frecuencia y viceversa.
Por
otro lado y como todas las ondas, durante su existencia las
radiaciones electromagnéticas transportan energía. Podemos calcular
su energía con la fórmula de Planck-Einstein:
E
= h · f
donde
E es la energía, f es la misma frecuencia de la que
hablamos antes y h es la constante de Planck. Si tomamos en
cuenta la primera fórmula, la energía queda en función de la
longitud de onda λ:
E
= h · c / λ
Por
tanto, conociendo la frecuencia o la longitud de onda podemos
calcular el resto de cantidades.
Un espectro que no es de un fantasma: El espectro electromagnético
Muy
bien, ya sabemos qué es la radiación electromagnética. Ahora,
igual que muchas otras cosas, podemos
clasificarla según qué tan fuerte o débil sea.
En la siguiente imagen se muestra la típica clasificación, conocida
como Espectro Electromagnético (Espectro
significa
Imagen.
Clic para más
información):
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| Fig. 5. El espectro electromagnético. Para cada longitud de onda se muestran sus propiedades. Crédito:
Inductiveload para Wikipedia.
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En
la propia Wikipedia se puede ver, con mayor amplitud, loque se desarrollará aquí ahora. Pero claro, aquí lo explico yo
(MBWAHAHAHA!). La misma información de la figura 5 para longitud de onda, energía y frecuencia se muestra en la siguiente tabla:
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| Fig. 6.
A que ahora preferimos los dibujitos de la figura 5. Para hacernos una
idea van bien los dibujos; para trabajar, mejor los números. Fuente: Wikipedia. |
Como se puede ver en la parte
central de la imagen y en la tabla en rojo (figuras 5 y 6), la luz visible solo representa una mínima
parte del espectro electromagnético. Pero nuestro sentido de la
vista nos indica que da para mucho. Imaginemos lo que podríamos
“ver” si nuestra vista abarcara todo el espectro. Nuestro Sol,
por ejemplo, lo podríamos ver así:
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| Fig. 7. El Sol visto en todas sus longitudes de onda. Si visitas la web de origen de esta imagen, podrás ver el video. |
Nota mental: En el video podrás ver una misma superficie vista en cada una de las longitudes de onda. Como podrás notar, con cada una se ven diferentes detalles que en las otras no se apreciaban. Para saber más: Ondas electromagnéticas y gravitacionales.
Tampoco es
algo del otro mundo: Si has visto una foto tuya y una radiografía,
es la misma situación. Si no recuerdas como es, te ayudo un poco:
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| Fig. 8. A la izquierda, lo que vemos con luz visible (normal), y a la derecha el mismo paciente pero visto a través de rayos X. Copyright: Matt Groening. |
Efectivamente, los aparatos de
observación y medición que construimos sirven como ampliaciones de
nuestros sentidos.
Ahora vamos a lo nuevo a partir de
lo conocido. En la figura 5, a la izquierda de la luz visible están las ondas de
radio, las microondas y el infrarrojo. A su derecha tenemos el
ultravioleta, los Rayos X y los Rayos Gamma.
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| Fig. 9. Mmmmhhh, alguien está contento la radiación... (Copyright DC Cómics y Marvel Cómics) |
Esto es importante. Hasta ahora se sabe que las radiaciones con menos energía que la luz visible no suelen
representar un peligro (en condiciones normales y en baja intensidad) para los seres
humanos: desde Infrarrojo hasta ondas de radio). Las de mayor intensidad (de UV a rayos gamma) sí que pueden serlo: Por eso nos tenemos
que poner protector solar cuando vamos a estar bajo el sol, o los
radiólogos tienen que usar batas de plomo en su trabajo.
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| Fig. 10. Más vale prevenir que lamentar. Imágenes: Memes que circulan por internet. |
Comentario
al margen: Difícil entender como es posible que muchas de las
personas que tienen fobia a las radiaciones de los teléfonos móviles
pero pueden ir bajo el sol o incluso pasarse horas en la playa en
pleno verano.
Efectos de la energía de la radiación electromagnética. Miniresumen
Por
fin hemos llegado al punto importante: ¿Qué hace cada “tipo” de
radiación electromagnética? Lo enfocaremos a la parte más
relacionada con los efectos sobre el ser humano, y para ello
dividiremos el conjunto en tres partes (recuerda, cuanto más pequeña
es la longitud de onda, mayor es la energía):
-
Con menor energía que la Luz visible (llamémosle meLV): desde Muy baja radiofrecuencia hasta el infrarrojo cercano, esto es, longitudes de onda de más de 30 km hasta las 300 millonésimas de metro aproximadamente.
-
Luz visible (LV): desde el rojo hasta el violeta, o sea, de las 0.7 a las 0.4 millonésimas de metro aproximadamente (menos de una millonésima de metro).
-
Con Mayor energía que la Luz visible (digámosle MALV): desde el Ultravioleta cercano hasta los Rayos Gamma (Hulk’s seal of approval), esto es, con longitudes de onda de más pequeñas que la luz visible hasta las trillonésimas de metro.
Con
esta clasificación podemos hacer afirmaciones serias, tomando UNA
onda electromagnética y luego un conjunto para pensar qué pasa:
-
Las meLV más “largas” son tan grandes que ni siquiera nos toman en cuenta. Imagina un humano ante 20 km de longitud que tiene UNA onda de radio. Pues lo mismo pasa con todo un conjunto de ondas similares. La interacción con un humano será ínfima (reflexión y absorción cercanas al 0%, transmisión cercana al 100%). Este es el caso 1.
-
Según disminuye su longitud de onda, esta puede interaccionar con el cuerpo de una persona (reflexión y/o absorción mayores que 0%) pero la transmisión aun puede ser alta (pero menor al 100%). En otras palabras, las ondas ya interaccionan con el cuerpo humano. Lo explicaremos con más detalle más adelante (este es el caso 2).
-
Luz visible. Interacciona con nosotros en muchas formas. De hecho, tenemos un órgano específico en el cuerpo humano para ello, y lo hace con lujo de detalles. Se llama “Ojo”. (Caso 3).
-
Ondas MALV. Tenemos dos noticias, una buena y una mala: la buena es que a partir de aquí el número de interacciones con el cuerpo humano comienza a descender: a menor longitud de onda, menor número de interacciones. La mala es que si hay una interacción, es más perjudicial cuanto menor sea la longitud de onda. Por ejemplo: en un material fotoeléctrico (que produce electricidad cuando recibe luz) los electrones que pertenecen a una molécula se liberan de ella cuando chocan con una onda UV. Para que pase esto, la onda tiene que “impactar” con la molécula, pero por tamaño estos impactos son relativamente pocos (ver imagen 11), ya que el espacio entre moléculas deja pasar muchas ondas y solo “pocas” impactan con las moléculas. Llamémosle caso 4. Efecto fotoeléctrico práctico, haz click aquí.
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| Fig. 11. Cuanto más pequeña la longitud de onda, menos interacciones porque ve las moléculas más "lejos". |
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Más de ondas MALV. El efecto fotoeléctrico ha sido un buen ejemplo para visualizar, pero conviene recordar que cuanto más pequeña la longitud de onda, más espacio vacío “ve” entre las moléculas. Recordemos lo que ya sabíamos de transmisión y absorción. Según la longitud de onda se hace más pequeña, se absorberán menos porque serán tan peques que verán cada vez más espacio vacío y chocarán menos con las moléculas. Por ejemplo, los Rayos X: Como se ve en la parte derecha de la figura 8, las partes más “carnosas” (tejidos) no absorben tanto, entonces los rayos X salen casi todos por el otro lado (se han transmitido). En las partes de hueso, al ser sólidas y tener un material como el Calcio, los rayos X son absorbidos y por eso salen más “blancas” esas zonas, pues los rayos X no llegan al sensor. Cuanto más oscuras son las zonas, más rayos X llegaron. Se puede ver con más detalle en la figura con el desnudo totalmente integral:
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| Fig. 12. Nadie puede negar que se ve todo todo todo. Tomada del calendario X de Taringa |
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Y no quitamos el dedo del renglón: Más MALV. Para no dejar exhausto a todo el mundo, dejaremos claro algunos efectos de las MALV. Las UV pueden separar electrones de las moléculas, haciéndolas más activas químicamente. ¿Qué consecuencias puede tener esto en el cuerpo humano? Si las moléculas afectadas están en el ADN tenemos un problema, pues aumentan las probabilidades de reacciones químicas en un sitio crítico; esto se puede traducir en un aumento de las mutaciones, algunas de las cuales pueden degenerar en cáncer. Esto nos lleva a otro sinsentido: En los lugares donde la gente quiere tener la piel más morena, se llegan a meter en unas máquinas infernales que les quema la piel. Y eso sin tener en cuenta a los “naturistas” que miran directamente al sol (Sun gazing, que se traduce como “tontería suprema” porque lo hacen ¡para curarse!).
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| Fig. 13. Menos mal que esta práctica va a menos. Imagen de Derecho Fácil, Gob. de Argentina. |
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Mientras más pequeña sea la longitud de onda de las MALV, más energía tienen. A partir de los rayos X y sobre todo los rayos gamma, es tan pequeña su longitud de onda que puede pasar incluso por dentro de los átomos hasta el punto que podrían pasar por metros o kilometros de materia sin detenerse. Con ellos se dan los efectos mencionados para la UV y más: ionización, efecto Compton, producción de pares, dispersión coherente, radiación dispersa. Pero eso ya es harina de otro costal porque hablamos de fenómenos físicos que requieren cantidades extraordinariamente grandes de energía, como la fisión o la fusión nuclear.
Conclusión 3:
Las ondas electromagnéticas interaccionan con la materia, según sea
su longitud de onda (o alternativamente, su energía). El caso 2
(radiación electromagnética con energía menor que la luz visible)
será importante para el siguiente post que, ¡por fin!, ya tiene
hornos.
Serie:
Radiación, calor y hornos
Radiación,
calor y hornos (V): El horno de microondas
Muy buena informavion que desconocia.
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