Espectro Electromagnético

Física

El espectro electromagnético es el rango completo de ondas de luz, desde ondas de radio largas pasando por microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

Visualization

Definition

El espectro electromagnético es la familia completa de ondas de luz, incluyendo tipos que el ojo no puede ver: las ondas de radio, las microondas, el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son todos el mismo tipo de onda con distintas longitudes de onda, ordenadas de la más larga a la más corta, y la luz visible es solo una fracción diminuta de todo el espectro. Cada parte de él viaja a la rapidez de la luz en el vacío, $3.00 \times 10^8\ \text{m/s}$, y no necesita ningún medio, con longitud de onda más corta significando mayor frecuencia y más energía por onda. Las ondas electromagnéticas son campos eléctricos y magnéticos oscilantes acoplados predichos por las ecuaciones de Maxwell, propagándose a $c = 1/\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}$; el espectro es continuo, y sus nombres regionales son convenciones: radio ($\lambda > 1\ \text{mm}$), microondas ($1\ \text{mm}$ a $1\ \text{m}$), infrarrojo ($700\ \text{nm}$ a $1\ \text{mm}$), visible ($400$ a $700\ \text{nm}$), ultravioleta ($10$ a $400\ \text{nm}$), rayos X ($0.01$ a $10\ \text{nm}$), y rayos gamma más cortos aún, con energía del fotón $E = hf = hc/\lambda$, y la radiación por encima de aproximadamente $10\ \text{eV}$ se vuelve ionizante.

Example

Una radio capta ondas de radio, un horno de microondas cocina con microondas, un control remoto usa infrarrojo, y un médico obtiene imágenes de huesos con rayos X; la radio FM a $100\ \text{MHz}$ tiene $\lambda = 3\ \text{m}$, mientras que la luz verde visible a $5.5 \times 10^{14}\ \text{Hz}$ tiene $\lambda = 3.00 \times 10^8 / 5.5 \times 10^{14} \approx 5.5 \times 10^{-7}\ \text{m}$, o $550\ \text{nm}$. Ese fotón verde lleva $E = hc/\lambda \approx 3.6 \times 10^{-19}\ \text{J} \approx 2.3\ \text{eV}$, mientras que un fotón de rayos X médicos de $0.1\ \text{nm}$ lleva unos $12{,}400\ \text{eV}$, unas $5{,}500$ veces más, suficiente para arrancar electrones de los átomos.

Key Insight

La quemadura solar proviene del ultravioleta, no del calor, ya que el UV lleva suficiente energía por onda como para dañar las células de la piel mientras que el infrarrojo, que lleva la mayor parte del calor, no lo hace. Cada región del espectro es una ventana distinta al universo: la radio revela gas frío, el infrarrojo ve a través del polvo, el visible muestra estrellas, los rayos X exponen la acreción de agujeros negros, y los rayos gamma rastrean los eventos más violentos, así que la astronomía se volvió multi-mensajero mucho antes de salir del espectro electromagnético.