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Determinación de las ondas electromagnéticas




Enviado por Pablo Turmero



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    SubDETERMINACION DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS. Teoría de
    maxwell sobre las ondas electromagneticas Métodos de
    producción de ondas Experimento de Hertz Propiedades de
    las ondas electromagneticas Ondas electromagneticas planas
    Energia y momentum B. APLICACIÓN DEL ESPECTRO DE LA
    RADIACION ELECTROMAGNETICA Ondas de radiofrecuencia Microondas
    Ondas infrarrojas Luz visible Rayos ultravioleta Rayos x Rayos
    gamma

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    Teoría De MaxwellSobre Las Ondas Electromagnéticas
    SubJames Clerk Maxwell (Edimburgo, Escocia, 13 de junio de 1831
    – Cambridge, Inglaterra, 5 de noviembre de 1879).
    Físico escocés conocido principalmente por haber
    desarrollado la teoría electromagnética
    clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones,
    experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre
    óptica, en una teoría consistente. Las ecuaciones
    de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta
    la luz, son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo
    electromagnético. Desde ese momento, todas las otras leyes
    y ecuaciones clásicas de estas disciplinas se convirtieron
    en casos simplificados de las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo
    sobre electromagnetismo ha sido llamado la "segunda gran
    unificación en física", después de la
    primera llevada a cabo por Newton. Además se le conoce por
    la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría
    cinética de gases.

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    SubMaxwell fue una de las mentes matemáticas más
    preclaras de su tiempo, y muchos físicos lo consideran el
    científico del siglo XIX que más influencia tuvo
    sobre la física del siglo XX habiendo hecho contribuciones
    fundamentales en la comprensión de la naturaleza. Muchos
    consideran que sus contribuciones a la ciencia son de la misma
    magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein. En 1931 con
    motivo de la conmemoración del centenario de su
    nacimiento, Albert Einstein describió el trabajo de
    Maxwell como «el más profundo y provechoso que la
    física ha experimentado desde los tiempos de Newton.
    Maxwell se dedicó a la realización de estudios de
    carácter privado en sus posesiones de Escocia. Es el
    creador de la electrodinámica moderna y el fundador de la
    teoría cinética de los gases. Formuló las
    ecuaciones llamadas "ecuaciones de Maxwell", y que se definen
    como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones
    eléctricas y magnéticas, que simultáneamente
    permiten describir la propagación de las ondas
    electromagnéticas que, de acuerdo con su teoría,
    tienen el mismo carácter que las ondas luminosas.
    Más tarde Heinrich Hertz lograría demostrar
    experimentalmente la veracidad de las tesis expuestas por
    Maxwell. Sus teorías constituyeron el primer intento de
    unificar dos campos de la física que, antes de sus
    trabajos, se consideraban completamente independientes: la
    electricidad y el magnetismo (conocidos como electromagnetismo).
    En el año 1859 Maxwell formuló la expresión
    termodinámica que establece la relación entre la
    temperatura de un gas y la energía cinética de sus
    moléculas.

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    Maxwell sobre las ondas electromagnéticas SubUna onda
    electromagnética es la forma de propagación de la
    radiación electromagnética a través del
    espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados
    con la solución en forma de onda que admiten las
    ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas
    mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan
    de un medio material para propagarse; es decir, pueden
    desplazarse por el vacío. Las ondas luminosas son ondas
    electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del
    rango de la luz visible. Quizá el mayor logro
    teórico de la física en el siglo XIX fue el
    descubrimiento de las ondas electromagnéticas. El primer
    indicio fue la relación imprevista entre los
    fenómenos eléctricos y la velocidad de la luz. Las
    ondas electromagnéticas son transversales; las direcciones
    de los campos eléctrico y magnético son
    perpendiculares a la de propagación. Una onda
    electromagnética es la forma de propagación de la
    radiación electromagnética a través del
    espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados
    con la solución en forma de onda que admiten las
    ecuaciones de Maxwell.

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    Métodos de producción de ondas SubSon aquellas
    ondas que no necesitan un medio material para propagarse.
    Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio,
    televisión y telefonía. Todas se propagan en el
    vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s)
    pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida
    por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa
    estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que
    ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el
    instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se
    propagan mediante una oscilación de campos
    eléctricos y magnéticos. Los campos
    electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra
    retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro
    cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las
    O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el
    funcionamiento complejo del mundo actual.

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    Experimento de Hertz SubEl experimento de Franck y Hertz se
    realizó por primera vez en 1914 por James Franck y Gustavo
    Ludwig Hertz. Tiene por objeto probar la cuantificación de
    los niveles de energía de los electrones en los
    átomos. El experimento confirmó el modelo
    cuántico del átomo de Bohr demostrando que los
    átomos solamente podían absorber cantidades
    específicas de energía (cuantos). Por ello, este
    experimento es uno de los experimentos fundamentales de la
    física cuántica. Por esta experiencia Franck y
    Hertz recibieron el premio Nobel de física en 1925. En
    1914, Franck y Hertz, que trabajaban en las energías de
    ionización de los átomos, pusieron a punto una
    experiencia que usaba los niveles de energía del
    átomo de mercurio. Su experiencia sólo usaba
    electrones y átomos de mercurio, sin hacer uso de ninguna
    luz. Bohr encontró así la prueba irrefutable de su
    modelo atómico.

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    Propiedades de las ondas electromagnéticas SubLas ondas
    electromagnéticas no necesitan un medio material para
    propagarse. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio
    interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol
    y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud
    de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en
    el vacío a una velocidad c = 299.792 km/s. Todas las
    radiaciones del espectro electromagnético presentan las
    propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la
    difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van
    desde billonésimas de metro hasta muchos
    kilómetros. La longitud de onda (l) y la frecuencia (f) de
    las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la
    expresión l·f = c son importantes para determinar
    su energía, su visibilidad, su poder de penetración
    y otras características.

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    SubSiendo las siguientes, las propiedades mas
    características de las ondas electromagnéticas.
    Reflexión y Refracción Polarización.
    Difracción Superposición e interferencia
    Dispersión Absorción

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    Ondas electromagnéticas planas SubEn la física de
    propagación de ondas (especialmente ondas
    electromagnéticas), una onda plana o también
    llamada onda mono dimensional, es una onda de frecuencia
    constante cuyos frentes de onda (superficies con fase constante)
    son planos paralelos de amplitud constante normales al vector
    velocidad de fase. Es decir, son aquellas ondas que se propagan
    en una sola dirección a lo largo del espacio, como por
    ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se
    propaga en una dirección única, sus frentes de
    ondas son planos y paralelos. Por extensión, el
    término es también utilizado para describir ondas
    que son aproximadamente planas en una región localizada
    del espacio. Por ejemplo, una fuente de ondas
    electromagnéticas como una antena produce un campo que es
    aproximadamente plano en una región de campo lejano. Es
    decir que, a una distancia muy alejada de la fuente, las ondas
    emitidas son aproximadamente planas y pueden considerarse como
    tal.

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    ENERGIA Y MOMENTUM SubLa propiedad llamada cantidad de movimiento
    o momentum está asociada a la cantidad de masa que tiene
    un objeto y a la velocidad con que este se mueve; es
    transferible, es decir, una persona o un objeto pueden transferir
    momentum a un cuerpo. Esta propiedad está asociada a la
    cantidad de masa que tiene un objeto y a la velocidad con que
    este se mueve; es transferible, es decir, una persona o un objeto
    pueden transferir momentum a un cuerpo. Para esto debemos
    interactuar con él; dicho de otro modo, debemos ejercerle
    una fuerza. La densidad de enegía asociada con el campo
    eléctrico de una onda electromagnética es
    E e =1 2  ? 0 e 2  
    De igual manera usando B=e c    y
    c=1 ? 0 µ 0   v    
    se obtiene para la densidad de energía magnética
    EB=1 2µ 0   B 2 =1 2µ 0 c 2   e 2 =1 2  ? 0 e 2 , 

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    B. APLICACIÓN DEL ESPECTRO DE LA RADIACION
    ELECTROMAGNETICA

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    ONDAS DE RADIOFRECUENCIA SubEl término radiofrecuencia,
    también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se
    aplica a la porción menos energética del espectro
    electromagnético, situada entre unos 3 kHz y unos 300 GHz.
    El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y
    corresponde a un ciclo por segundo. Las ondas
    electromagnéticas de esta región del espectro, se
    pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un
    generador a una antena. Las bases teóricas de la
    propagación de ondas electromagnéticas fueron
    descritas por primera vez por James Clerk Maxwell. Heinrich
    Rudolf Hertz, entre 1886 y 1888, fue el primero en validar
    experimentalmente la teoría de Maxwell.

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    MICROONDAS SubSe denomina microondas a las ondas
    electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias
    determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que
    supone un período de oscilación de 3 ns
    (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda
    en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de
    los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango
    de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de
    onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro. El
    rango de las microondas está incluido en las bandas de
    radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high
    frequency – frecuencia ultra alta) 0,3–3 GHz, SHF
    (super-high frequency – frecuencia super alta) 3–30 GHz y
    EHF (extremely-high frequency – frecuencia extremadamente alta)
    30–300 GHz. Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas
    de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas.
    Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda
    —en el orden de milímetros— se denominan ondas
    milimétricas.

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    ONDAS INFRARROJAS SubOndas infrarrojas son ondas
    electromagnéticas cuyas longitudes de onda varían
    entre aproximadamente 7 X 10 ~ 7 y 10-4 metros. Los seres humanos
    no pueden ver este tipo de radiación, pero puede percibir
    como calor. Causa de la temperatura de nuestra cuerpo caliente
    producimos radiación en su mayor parte en forma de ondas
    infrarrojas. Es cómo funcionan algunas clases de gafas de
    visión nocturna: detectan ondas infrarrojas procedentes de
    objetos y personas, incluso cuando no hay suficientemente visible
    la luz para que los seres humanos a ver bien. Las ondas
    infrarrojas también son conocidas como ondas
    térmicas y se caracterizan por, como su nombre lo indica,
    estar debajo del rojo que la visión humana puede percibir.
    La longitud de una onda infrarroja es más grande que una
    onda visible. La longitud de las ondas infrarrojas va desde 800
    nm hasta 1mm. Para encontrar una onda infrarroja es necesario
    detectar el calor. En comunicaciones las ondas infrarrojas son
    útiles para relación a corto alcance, dichas ondas
    no atraviesan objetos sólidos, esto es una ventaja para
    que no exista interferencia. La luz infrarroja como tal ha sido
    un gran alivio para la seguridad de algunas empresas, ya que ni
    siquiera se necesita permiso del gobierno para operar un sistema
    de esta índole.

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    LUZ VISIBLE SubSe le llama un espectro visible a la región
    del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz
    de percibir. A la radiación electromagnética en
    este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o
    simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro
    visible; un típico ojo humano responderá a
    longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas
    personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde
    380 a 780 nm. Se llama luz a la parte de la radiación
    electromagnética que puede ser percibida por el ojo
    humano. En física, el término luz se usa en un
    sentido más amplio e incluye todo el campo de la
    radiación conocido como espectro electromagnético,
    mientras que la expresión luz visible señala
    específicamente la radiación en el espectro
    visible. La óptica es la rama de la física que
    estudia el comportamiento de la luz, sus características y
    sus manifestaciones. El estudio de la luz revela una serie de
    características y efectos al interactuar con la materia,
    que permiten desarrollar algunas teorías sobre su
    naturaleza.

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    RAYOS ULTRAVIOLETA SubSe denomina radiación ultravioleta o
    radiación UV a la radiación electromagnética
    cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente
    entre los 400 nm (4×10-7 m) y los 15 nm (1,5×10-8 m). Su nombre
    proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda
    más cortas de lo que los humanos identificamos como el
    color violeta. Esta radiación puede ser producida por los
    rayos solares y produce varios efectos en la salud. El
    descubrimiento de la radiación ultravioleta está
    asociado a la experimentación del oscurecimiento de las
    sales de plata al ser expuestas a la luz solar. En 1810 el
    físico alemán Johann Wilhelm Ritter
    descubrió que los rayos invisibles situados justo
    detrás del extremo violeta del espectro visible eran
    especialmente efectivos oscureciendo el papel impregnado con
    cloruro de plata. Denominó a estos rayos "rayos
    desoxidantes" para enfatizar su reactividad química y para
    distinguirlos de los "rayos calóricos" (descubiertos por
    William Herschel) que se encontraban al otro lado del espectro
    visible. Poco después se adoptó el término
    "rayos químicos". Estos dos términos, "rayos
    calóricos" y "rayos químicos" permanecieron siendo
    bastante populares a lo largo del siglo XIX. Finalmente estos
    términos fueron dando paso a los más modernos de
    radiación infrarroja y ultravioleta respectivamente.

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    RAYOS X SubLa denominación rayos X designa a una
    radiación electromagnética, invisible, capaz de
    atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas
    fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la
    obtención y visualización de la imagen
    radiográfica directamente en una computadora (ordenador)
    sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está
    entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias
    en el rango de 30 a 3000 PHz (de 50 a 5000 veces la frecuencia de
    la luz visible). Los rayos X son una radiación
    electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de
    radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz
    visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia
    fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son
    radiaciones de origen nuclear que se producen por la des
    excitación de un nucleón de un nivel excitado a
    otro de menor energía y en la desintegración de
    isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de
    fenómenos extra nucleares, a nivel de la órbita
    electrónica, fundamentalmente producidos por
    desaceleración de electrones. La energía de los
    rayos X en general se encuentra entre la radiación
    ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente. Los rayos
    X son una radiación ionizante porque al interactuar con la
    materia produce la ionización de los átomos de la
    misma, es decir, origina partículas con carga
    (iones).

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    RAYOS GAMA SubLa radiación gamma o rayos gamma (?) es un
    tipo de radiación electromagnética, y por tanto
    constituida por fotones, producida generalmente por elementos
    radiactivos o por procesos subatómicos como la
    aniquilación de un par positrón-electrón.
    También se genera en fenómenos astrofísicos
    de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen,
    los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante
    capaz de penetrar en la materia más profundamente que la
    radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño
    al núcleo de las células, por lo cual se usan para
    esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma
    se producen por des excitación de un nucleón de un
    nivel o estado excitado a otro de menor energía y por
    desintegración de isótopos radiactivos. Se
    diferencian de los rayos X en su origen. Éstos se generan
    a nivel extra nuclear, por fenómenos de frenado
    electrónico. Generalmente a la radiactividad se le vincula
    con la energía nuclear y con los reactores nucleares.
    Aunque existe en el entorno natural: a) rayos cósmicos,
    expelidos desde el sol y desde fuera de nuestro sistema solar: de
    las galaxias; b) isótopos radiactivos en rocas y
    minerales.

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