El espectro electromagnético

Un horno de microondas funciona a 2.45 GHz, así que sus ondas miden unos 12 cm; la luz roja de un láser es de 633 nm, unas 190 000 veces más corta.

La luz es un tipo de onda electromagnética

En la década de 1860, James Clerk Maxwell dedujo que los campos eléctricos y magnéticos variables debían propagarse en forma de ondas y calculó su rapidez. Coincidía con la rapidez medida de la luz, por lo que concluyó que la luz es una onda electromagnética con longitudes de onda que el ojo puede detectar. Su teoría también permitía otras longitudes de onda. OpenStax describe cómo Heinrich Hertz, a partir de 1887, produjo y detectó esas ondas en su laboratorio mediante circuitos con chispas, midió su longitud de onda a partir de patrones de interferencia y demostró que viajan a la rapidez de la luz. La radio se había encontrado en un cuaderno de laboratorio antes de que nadie supiera para qué usarla.

Todas las ondas electromagnéticas viajan por el vacío a la misma rapidez, c = 299 792 458 m/s, un valor que el NIST indica como exacto porque el metro se define a partir de él desde 1983. Para estas ondas, la ecuación de onda se convierte en c = fλ, y OpenStax destaca la consecuencia principal: cuanto mayor es la frecuencia, menor es la longitud de onda. Ordenadas por longitud de onda, desde las largas ondas de radio hasta los rayos gamma muy cortos, forman el espectro electromagnético.

De la radio a los rayos gamma

Las ondas de radio tienen las mayores longitudes de onda, desde aproximadamente un metro hasta kilómetros. OpenStax indica las bandas usadas para radiodifusión: radio AM de 540 a 1600 kHz, con longitudes de onda de cientos de metros que rodean colinas y edificios, y radio FM de 88 a 108 MHz, de unos 3 m de longitud. A continuación vienen las microondas, desde aproximadamente un milímetro hasta decenas de centímetros; transportan señales de teléfonos móviles y satélites, y los hornos de microondas usan ondas de 2.45 GHz que absorbe el agua de los alimentos. Todo cuerpo caliente emite infrarrojo, que es lo que detectan las cámaras térmicas.

La luz visible es una banda estrecha. La NASA la sitúa entre unos 380 y 700 nanómetros, del violeta al rojo; OpenStax usa 400 a 750 nm; los límites dependen de la persona. El ultravioleta va desde 400 nm hasta unos 10 nm. OpenStax divide el UV solar en UV-A (320 a 400 nm), UV-B (290 a 320 nm) y UV-C (220 a 290 nm). El ozono en las capas altas de la atmósfera absorbe la mayor parte del UV-B y todo el UV-C, así que alrededor del 99% del UV solar que llega al suelo es UV-A. Los rayos X son aún más cortos, hasta menos de 0.01 nm, y se producen cuando electrones rápidos chocan contra un blanco. Los rayos gamma proceden de la desintegración nuclear.

Tres reglas orientativas

OpenStax resume el espectro con tres reglas, cada una con excepciones. Una frecuencia mayor significa más energía por fotón, pero la penetración depende del material y la longitud de onda. Los rayos X pueden atravesar tejidos blandos, mientras que los UV absorbidos por la piel pueden dañarla. Las ondas de alta frecuencia pueden transportar más información por segundo, por lo que las fibras ópticas llevan muchos más datos que los cables de cobre. Y cuanto menor sea la longitud de onda usada para examinar algo, más fino será el detalle que puede revelar; por eso la difracción de rayos X permite conocer la disposición de los átomos en un cristal. Hay otro hecho importante en todos los casos: la atmósfera deja pasar algunas bandas, como la luz visible y muchas ondas de radio, y bloquea otras, de modo que los telescopios de rayos X y gamma deben funcionar desde el espacio, como explica la NASA.