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Manual sobre ondas y campos electromagnéticos
« en: Julio 11, 2014, 02:49:52 pm »
Ondas y campos electromagnéticos

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son una forma de energía compuesta por campos eléctricos y magnéticos. La fuerza de las cargas eléctricas producen campos eléctricos, cuando las cargas eléctricas están en movimiento se producen los campos magnéticos.  Cuando se conecta un aparato, se produce un campo eléctrico alrededor del mismo; cuando se enciende y fluye la corriente eléctrica se produce un campo magnético.

Fuentes comunes de radiación electromagnética

La principal fuente natural de radiación electromagnética es el sol. La energía electromagnética natural (por ejemplo, la luz solar) es necesaria para la fotosíntesis de las plantas. Sin embargo, las fuentes creadas por el hombre son responsables de la mayor cantidad de radiación electromagnética en nuestro medio ambiente. Con el incremento y la proliferación de nuevos aparatos tecnológicos en nuestras casas y lugares de trabajo, todos estamos expuestos a la radiación electromagnética diariamente. A diario los aparatos eléctricos domésticos tales como: secadoras, hornos eléctricos, luces fluorescentes, hornos de microondas, estéreos, teléfonos móviles, computadoras y los transmisores que los apoyan emiten campos eléctricos y magnéticos de variada intensidad.

El espectro electromagnético 1 NASA (español)


El espectro electromagnético 2 NASA (español)


El espectro electromagnético 3 NASA (Español)


El espectro electromagnético 4 NASA (Español)


El espectro electromagnético 05 Luz visible NASA (español)


El espectro electromagnético 06 Ondas ultravioleta NASA (español)


El espectro electromagnético 07 Rayos X Nasa Español


EL espectro electromagnético 08 Rayos Gamma NASA (Español)

Medición de campos electromagnéticos

Los campos eléctricos y magnéticos se caracterizan por la longitud de onda y la frecuencia. La longitud de onda es la distancia que la onda recorre en un ciclo de oscilación y se mide en metros. La frecuencia se mide por el número de ciclos por segundo, y la unidad de medida es el hercio (Hz). Un ciclo por segundo es igual a un hercio. Un kilohercio es igual a 1,000 Hz;  un megahercio (MHz) es igual a un millón de Hz, un jigahercio (GHz) es igual a un billón de Hz. La frecuencia de una onda está inversamente relacionada con su longitud por una simple fórmula matemática: frecuencia por longitud de onda = la velocidad de la luz. Por lo tanto, cuanto mayor sea la frecuencia menor será la longitud. En 50 Hz la longitud de onda es de 6,000 Km, y en 100 MHz es de tres metros.
El espectro electromagnético se divide en bandas ionizantes y no-ionizantes de acuerdo con la forma en que la onda interactúa con el tejido biológico. La ionización implica el movimiento de electrones de su posición normal en los átomos y las moléculas y puede dañar los tejidos incluyendo el material genético. La porción ionizante del espectro EM está compuesta por la luz ultravioleta, los rayos gamma y los rayos X. Estos tienen poca longitud de onda, muy altas frecuencias e intensidad. La porción no-ionizante incluye la banda de frecuencia extremadamente baja, las ondas de radio y las microondas en la banda de comunicaciones de la radiofrecuencia (RF), y la luz infrarroja visible. Las ondas de radio se definen normalmente como aquellas en el rango de 30 KHz a 300 GHz. Las microondas son un subconjunto de las ondas de radio.


Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéricas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.


Rango del espectro

El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y más bajas pueden ser producidas por ciertas nebulosas estelares y son importantes para su estudio. Se han descubierto frecuencias tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de fuentes astrofísicas.

La energía electromagnética en una longitud de onda particular λ (en el vacío) tiene una frecuencia asociada f y una energía fotónica E. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones.

De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.

Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente.

Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras).

La espectroscopia puede descubrir una región mucho más amplia del espectro que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de laboratorio común puede descubrir longitudes de onda desde 2 nm a 2500 nm. Con este tipo de aparatos puede obtenerse información detallada sobre las propiedades físicas de objetos, gases o incluso estrellas. La espectrometría se usa sobre todo en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten ondas de radio que tienen una longitud de onda de 21.12 cm.






Otros términos utilizados en la medición de EMF se muestran en la tabla a continuación.


B=µH, donde µ es permeabilidad magnética.

A bajas frecuencias, como las frecuencias de las líneas de alta tensión, se utilizan más comúnmente unidades de flujo magnético; el campo magnético se expresa generalmente en mG (milliGauss) o lT (microTesla) con 1 mG = 10 lT. La tierra produce un campo magnético estático que está en el rango de 350 a 700 mG sobre la superficie del planeta, el cual varía ligeramente de acuerdo con los ritmos diarios y anuales. También existe un campo eléctrico que se origina naturalmente y que está asociado con la variación de las diferencias de cargas entre la tierra y la atmósfera.

En las frecuencias de radio las medidas utilizadas dependen de si la fuente de energía está lejos o cerca de la persona expuesta. La densidad de la energía se utiliza en exposiciones a “campo distante” por ejemplo cuando las mediciones se realizan a varias longitudes de onda de distancia de la fuente de RF. Las fuentes “campo distante” incluyen la TV, el radio y las torres y antenas de transmisión de la telefonía celular. La densidad de la energía se define como la velocidad a la que la energía  fluye en un área de superficie dada. Se mide en watts por metro cuadrado (W/m2, o en mW/m² o /cm²). Un mW es igual a 0.001 watt de potencia y un µW es igual a 0.000001 watt, De ahí que:
                1mW/cm² = 1,000 µW/ cm² o 10 W/m²

La exposición a “campo cercano”, por otra parte, es la exposición a corta distancia de un campo electromagnético. Ejemplos de fuentes de radiación de este tipo para el usuario o el consumidor son los teléfonos celulares, las pistolas de radar y algunos equipos electrodomésticos. Para las exposiciones a “campo cercano” se utiliza la Tasa de Absorción Específica (SAR). Se define como la velocidad de absorción de la energía por unidad de masa y se expresa en unidades de W/kg. SAR mide la cantidad de energía de RF que absorbe el cuerpo. La medición es difícil y normalmente se obtiene a partir de mediciones de la densidad de la energía.La Tasa de Absorción Específica (SAR) se analiza en la sección  "teléfonos móviles".


Tipos de radiación

Aunque el esquema de clasificación suele ser preciso, en realidad existe algo de trasposición entre tipos vecinos de energía electromagnética. Por ejemplo, las ondas de radio a 60 Hz pueden ser recibidas y estudiadas por astrónomos, o pueden ser conducidas a lo largo de cables como energía eléctrica. También, algunos rayos gamma de baja energía realmente tienen una longitud de onda más larga que algunos rayos X de gran energía. Esto es posible porque "rayo gamma" es el nombre que se le da a los fotones generados en la descomposición nuclear u otros procesos nucleares y subnucleares, mientras que los rayos X son generados por transiciones electrónicas que implican electrones interiores muy energéticos. Por lo tanto, la diferencia entre rayo gamma y rayo X está relacionada con la fuente de radiación más que con la longitud de onda de la radiación. Generalmente, las transiciones nucleares son mucho más energéticas que las transiciones electrónicas, así que los rayos gamma suelen ser más energéticos que los rayos X. Sin embargo, hay transiciones nucleares de baja energía (p.ej. la transición nuclear de 14.4 keV del Fe-57) que producen rayos gamma que son menos energéticos que algunos de los rayos X de mayor energía.

Radiofrecuencia

Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro. Se usan para la transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio.

Las ondas de radio pueden transportar información variando la combinación de amplitud, frecuencia y fase de la onda dentro de una banda de frecuencia. El uso del espectro de radio está regulado por muchos gobiernos mediante la asignación de frecuencias. Cuando la radiación electromagnética impacta sobre un conductor, se empareja con él y viaja a lo largo del mismo, induciendo una corriente eléctrica en la superficie de ese conductor mediante la excitación de los electrones del material de conducción. Este efecto (el efecto piel) se usado en las antenas. La radiación electromagnética también puede hacer que ciertas moléculas absorban energía y se calienten, una característica que se utiliza en en los microondas.

Microondas

Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como múltiples dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos microondas.
Las microondas son ondas los suficientemente cortas como para emplear guías de ondas metálicas tubulares de diámetro razonable. La energía de microondas se produce con tubos klistrón y tubos magnetrón, y con diodos de estado sólido como los dispositivos Gunn e IMPATT. Las microondas son absorbidas por la moléculas que tienen un momento dipolar en líquidos. En un horno microondas, este efecto se usa para calentar la comida. La radiación de microondas de baja intensidad se utiliza en Wi-Fi.

El horno microondas promedio, cuando está activo, está en un rango cercano y bastante poderoso como para causar interferencia con campos electromagnéticos mal protegidos, como los que se encuentran en dispositivos médicos móviles y aparatos electrónicos baratos.

Rayos T

La radiación de terahertzios (o Rayos T) es una región del espectro situada entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, este rango estaba muy poco estudiado, ya que apenas había fuentes para la energía microondas en el extremo alto de la banda (ondas submilimétrica o también llamadas ondas terahertzios). Sin embargo, están apareciendo aplicaciones para mostrar imágenes y comunicaciones. Los científicos también buscan aplicar la tecnología de rayos T en las fuerzas armadas, donde podrían usarse para dirigirlas a las tropas enemigas, ya que las ondas de alta frecuencia incapacitan los equipos electrónicos.


Infrarrojo

Las ondas infrarrojas están en el rango de 0,7 a 100 micrómetros. La radiación infrarroja se asocia generalmente con el calor. Ellas son producidas por cuerpos que generan calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos láseres.

Las señales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas y otros cuerpos en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor. En últimas fechas se ha estado implementando conexiones de área local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estándares de comunicación estas conexiones han perdido su versatilidad.

Puede ser dividida en tres partes:

* Infrarrojo lejano, desde 300 GHz (1 mm) hasta 30 THz (10 μm). La parte inferior de este rango también puede llamarse microondas. Esta radiación es absorbida por los llamados modos rotatorios en las moléculas en fase gaseosa, mediante movimientos moleculares en los líquidos, y mediante fotones en los sólidos. El agua en la atmósfera de la Tierra absorbe tan fuertemente esta radiación que confiere a la atmósfera efectividad opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitudes de onda ("ventanas") dentro del rango opaca¡o que permiten la transmisión parcial, y pueden ser usados en astronomía. El rango de longitud de onda de aproximadamente 200 μm hasta unos pocos mm suele llamarse "radiación submilimétrica" en astronomía, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda por debajo de los 200 μm.

* Infrarrojo medio, desde 30 a 120 THz (10 a 2.5 μm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango. Se absorbe por vibraciones moleculares, es decir, cuando los diferentes átomos en una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango es llamado, a veces, región de huella digital, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio de cada compuesto es muy específico.

* Infrarrojo cercano, desde 120 a 400 THz (2500 a 750 nm). Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible.

Espectro visible

Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas se encuentra lo que comúnmente es llamado luz, un tipo especial de radiación electromagnética que tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrómetros. Este es el rango en el que el sol y las estrellas similares emiten la mayor parte de su radiación. Probablemente, no es una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que emite el sol con más fuerza. Las unidades usuales para expresar las longitudes de onda son el Angstrom y el nanómetro. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del espectro electromagnético. La radiación electromagnética con una longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (790-400 terahercios) es detectada por el ojo humano y se percibe como luz visible. Otras longitudes de onda, especialmente en el infrarrojo cercano (más de 760 nm) y ultravioleta (menor de 380 nm) también se refiere a veces como la luz, aún cuando la visibilidad a los seres humanos no es relevante. Si la radiación tiene una frecuencia en la región visible del espectro electromagnético se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazón de fruta, y luego golpea los ojos, esto da lugar a la percepción visual de la escena. Nuestro sistema visual del cerebro procesa la multitud de frecuencias que se reflejan en diferentes tonos y matices, y a través de este, no del todo entendido fenómeno psico-físico, la mayoría de la gente percibe un tazón de fruta; Un arco iris muestra la óptica (visible) del espectro electromagnético. En la mayoría de las longitudes de onda, sin embargo, la radiación electromagnética no es visible directamente, aunque existe tecnología capaz de manipular y visualizar una amplia gama de longitudes de onda.

La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas electromagnéticas pueden modularse y transmitirse a través de fibras ópticas, lo cual resulta en una menor atenuación de la señal con respecto a la transmisión por el espacio libre.




Ultravioleta

La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nm. El Sol es una importante fuente emisora de rayos en esta frecuencia, los cuales causan cáncer de piel a exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son principalmente en el campo de la medicina.
Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que cambia su comportamiento. Las quemaduras solares, por ejemplo, están causadas por los efectos perjudiciales de la radiación UV en las células de la piel, y pueden causar incluso cáncer de piel si la radiación daña las moléculas de ADN complejas en las células (la radiación UV es un mutágeno). El Sol emite una gran cantidad de radiación UV, lo que podría convertir rápidamente la Tierra en un desierto estéril si no fuera porque, en su mayor parte, es absorbida por la capa de ozono de la atmósfera antes de alcanzar la superficie.

Rayos X

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).
Se usan generalmente para ver a través de algunos objetos, así como para la física de alta energía y la astronomía. Las estrellas de neutrones y los discos de acreción alrededor de los agujeros negros emiten rayos X, lo que nos permite estudiarlos.

Los rayos X pasan por la mayor parte de sustancias, y esto los hace útiles en medicina e industria. También son emitidos por las estrellas, y especialmente por algunos tipos de nebulosas. Un aparato de radiografía funciona disparando un haz de electrones sobre un "objetivo". Si los electrones se disparan con suficiente energía, se producen rayos X.

Rayos gamma

La radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida 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 o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.



Mas info:
http://www.fcc.gov/encyclopedia/oet-bulletins-line
http://www.espectrometria.com/espectro_electromagntico
http://www.rfcom.ca/primer/indexsp.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico