Onda electromagnética

Toda la energía conocida y mensurable, a excepción de los rayos de partículas directas (p. ej., electrones o rayos alfa), son ondas electromagnéticas. La diversidad de las ondas electromagnéticas se debe únicamente a sus diferentes longitudes de onda. Las ondas electromagnéticas incluyen las ondas de radio y televisión, la radiación de los teléfonos móviles, las microondas, la radiación térmica, la luz con sus distintos colores, la radiación ultravioleta, los rayos X y la radiación gamma.

Propiedades de las ondas electromagnéticas

Mientras que las ondas de radio y todas las ondas de televisión pueden tener una longitud de onda de menos de un metro a muchos metros, la longitud de onda típica de la radiación de los teléfonos móviles se sitúa en torno a los 10 cm, seguida de las microondas de ondas aún más cortas de mm y cm. Entre los mm y los µm, percibimos la radiación electromagnética como calor en la piel. En la gama por debajo de 1 µm, la radiación se hace visible como un color rojo en torno a los 700 nm y a continuación adopta los colores amarillo, verde y azul a medida que disminuye la longitud de onda, hasta que las ondas por debajo de 350 nm vuelven a ser invisibles como luz ultravioleta. Los rayos X son inferiores a 1 nm y acaban transformándose en rayos gamma de longitud de onda aún más corta.

Además de por la longitud de onda, cada onda se caracteriza por la amplitud, esto es, la altura de las crestas de la onda. El cuadrado de la amplitud de la onda es proporcional a la intensidad de la radiación incidente. Esto significa que la amplitud de las ondas luminosas se multiplica por diez si la intensidad de un haz luminoso se multiplica por cien.

Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío y aproximadamente también en el aire a la velocidad de la luz en el vacío c = 3•10⁸ m/s. Esto significa que la radiación electromagnética recorre 300 000 km en un segundo, es decir, una distancia correspondiente a unas 7,5 veces la circunferencia de la Tierra en el ecuador.

Importancia de las ecuaciones de Maxwell

Las ondas electromagnéticas se describen matemáticamente a través de la electrodinámica. Con ayuda de las ecuaciones de Maxwell se predijo y se calculó la existencia de las ondas electromagnéticas incluso antes de que hubiera pruebas experimentales de que las ondas electromagnéticas existen (p. ej., demostrando la radiación de energía de una antena en la que los electrones oscilan de un lado a otro).

Analizando con precisión las ecuaciones de Maxwell, se puede demostrar que las ondas electromagnéticas están formadas por campos eléctricos y magnéticos oscilantes que son perpendiculares entre sí y que se generan mutuamente. Durante la propagación, una oscilación del campo eléctrico genera un campo magnético, que a su vez genera un campo eléctrico.

Propagación de las ondas electromagnéticas

En la siguiente ilustración, las ondas eléctricas y magnéticas se muestran como oscilaciones de cuerda que se propagan en una dirección espacial determinada. Se trata de una imagen muy simplificada. Al fin y al cabo, las oscilaciones electromagnéticas llenan todo el espacio tridimensional. Por tanto, la imagen mostrada se asemeja más a la intensidad de los campos eléctrico y magnético a lo largo de una línea imaginaria.

Ondas electromagnéticas en la teoría cuántica

En la teoría cuántica se ha demostrado que las ondas electromagnéticas solo se presentan como paquetes con una determinada energía mínima. En este contexto, la imagen de las ondas electromagnéticas fue sustituida por una imagen de paquetes de ondas electromagnéticas que pueden comportarse como partículas y ondas. Cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la energía de un paquete de ondas. Esta es la razón por la que los cuantos de rayos X de onda muy corta y la radiación gamma (radiación electromagnética radiactiva) contienen tanta energía y son tan destructivos en su efecto sobre la materia.