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Ciencias

¿Qué es el espectro electromagnético y cómo se divide?

Respuesta rápida

El espectro electromagnético es la familia completa de ondas electromagnéticas: radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Todas viajan a la velocidad de la luz.

De 14 a 16 añosSecundaria

En una frase

El espectro electromagnético es el conjunto de todas las ondas electromagnéticas, desde las ondas de radio, largas y de baja frecuencia, hasta los rayos gamma, cortísimos y de altísima frecuencia, con la luz visible como una franja estrecha en el medio.

Explicación

La luz es una onda, pero solo es un miembro de una familia mucho mayor. Todos sus miembros son ondas electromagnéticas: vibraciones de campos eléctricos y magnéticos que transportan energía. Son ondas transversales, no necesitan ningún medio para propagarse y en el vacío todas viajan a la misma velocidad, la velocidad de la luz: unos 3,0 · 10⁸ m/s (300 000 km cada segundo). Así es como la luz y el calor del Sol cruzan el espacio vacío hasta nosotros.

  • sol
  • teléfono
  • arcoíris
La luz del Sol, la señal del móvil y los colores del arcoíris forman parte del mismo espectro.

Las ondas se diferencian en su longitud de onda (la distancia entre dos crestas) y su frecuencia (cuántas ondas pasan por un punto cada segundo, en hercios, Hz). A lo largo del espectro, la longitud de onda se acorta, la frecuencia aumenta y cada paquete de energía (fotón) lleva más energía. Ordenado de menor a mayor frecuencia, el espectro se divide así:

ondas de radio → microondas → infrarrojo → luz visible → ultravioleta → rayos X → rayos gamma

Una regla para recordarlo: «Ratones Morados Invaden Venus Usando Xilófonos Gigantes». Dentro de la luz visible, el rojo tiene la mayor longitud de onda y el violeta la menor (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta).

Velocidad, frecuencia y longitud de onda están unidas por la ecuación de ondas:

velocidad = frecuencia · longitud de onda, v = f · λ

Como la velocidad es fija, una frecuencia mayor siempre significa una longitud de onda menor. Estos números son enormes o diminutos, así que se escriben en notación científica y con prefijos: kHz = 10³ Hz, MHz = 10⁶ Hz, GHz = 10⁹ Hz y nm = 10⁻⁹ m.

¿Es peligroso? Depende de la frecuencia. Las ondas de radio, las microondas, el infrarrojo y la luz visible son no ionizantes: no pueden arrancar electrones de los átomos. El principal efecto conocido de microondas o infrarrojo intensos es calentar, y los móviles y el wifi emiten con poca potencia. El ultravioleta puede dañar las células de la piel y los ojos; por eso usamos crema solar. Su parte de mayor frecuencia ya es débilmente ionizante. Los rayos X y gamma son ionizantes: pueden dañar el ADN, así que las dosis se mantienen lo más bajas posible y el personal usa protección.

El espectro se fue descubriendo a lo largo de un siglo. William Herschel encontró el infrarrojo en 1800 con un termómetro colocado más allá del rojo; Johann Ritter, el ultravioleta en 1801; James Clerk Maxwell predijo las ondas electromagnéticas en la década de 1860; Heinrich Hertz produjo ondas de radio en 1887; Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X en 1895, y Paul Villard identificó en 1900 los rayos gamma, procedentes de la radiactividad.

Ejemplos

Onda Longitud de onda típica Aplicaciones Notas
Ondas de radio de 1 m a muchos km radio y televisión la mayor longitud de onda
Microondas de 1 mm a 1 m móviles, wifi, satélites, hornos microondas calientan el agua de los alimentos
Infrarrojo de 700 nm a 1 mm mandos a distancia, cámaras térmicas, grills, fibra óptica lo notamos como calor
Luz visible de 400 nm (violeta) a 700 nm (rojo) ver, fotografía lo único que detectan nuestros ojos
Ultravioleta de 10 nm a 400 nm marcas de seguridad de billetes, esterilizar agua, lámparas fluorescentes produce quemaduras solares
Rayos X de 0,01 nm a 10 nm radiografías, control en aeropuertos ionizantes
Rayos gamma menos de 0,01 nm radioterapia, esterilizar material médico ionizantes, salen de los núcleos atómicos

Ejemplo resuelto: una emisora de FM emite a 100 MHz. λ = v : f = (3,0 · 10⁸ m/s) : (1,0 · 10⁸ Hz) = 3,0 m.

Errores frecuentes

  • No convertir los prefijos. 100 MHz son 1,0 · 10⁸ Hz y 500 nm son 5,0 · 10⁻⁷ m. Pasa a Hz y a metros antes de usar v = f · λ.
  • «Las ondas de más frecuencia van más rápido». En el vacío todas van a la misma velocidad; más frecuencia solo significa menor longitud de onda.
  • «El sonido forma parte del espectro». El sonido es una onda mecánica que necesita un medio. Va a unos 340 m/s en el aire y no se propaga en el espacio.
  • «Toda radiación es radiactiva y dañina». Las ondas de radio, las microondas y la luz visible también son radiación, pero no ionizante. Solo el extremo de alta frecuencia es ionizante.

Paso a paso

Paso a paso

  1. Escribe la ecuaciónV = f · λ. Despeja si hace falta: f = v : λ o λ = v : f.
  2. Convierte las unidadesFrecuencia en Hz y longitud de onda en m: MHz · 10⁶, GHz · 10⁹, nm · 10⁻⁹.
  3. Usa la velocidad de la luzPara ondas electromagnéticas en el aire o el vacío, v = 3,0 · 10⁸ m/s.
  4. Calcula en notación científicaDivide los números y resta los exponentes: 10⁸ : 10⁹ = 10⁻¹.
  5. Comprueba si tiene sentidoLas ondas de radio salen en metros, la luz visible en cientos de nanómetros y los rayos X mucho menos.

Ejercicios de práctica

El espectro electromagnético y v = f · λ

Resuelve cada uno y luego comprueba tu respuesta.

  1. Ordena de menor a mayor frecuencia: rayos X, ondas de radio, luz visible, microondas.
    Ver respuesta
    Ondas de radio, microondas, luz visible, rayos X
  2. ¿Cuál tiene mayor longitud de onda, el infrarrojo o el ultravioleta?
    Ver respuesta
    El infrarrojo
  3. ¿A qué velocidad viajan todas las ondas electromagnéticas en el vacío?
    Ver respuesta
    A unos 3,0 · 10⁸ m/s
  4. Escribe 2,4 GHz en hercios, en notación científica.
    Ver respuesta
    2,4 · 10⁹ Hz
  5. Calcula la longitud de onda de una señal wifi de 2,4 GHz.
    Ver respuesta
    λ = (3,0 · 10⁸) : (2,4 · 10⁹) = 0,125 m (12,5 cm)
  6. Un horno microondas usa 2,45 GHz. Calcula la longitud de onda.
    Ver respuesta
    λ = (3,0 · 10⁸) : (2,45 · 10⁹) ≈ 0,12 m (unos 12 cm)
  7. La luz roja tiene una longitud de onda de 700 nm. Calcula su frecuencia.
    Ver respuesta
    700 nm = 7,0 · 10⁻⁷ m; f = (3,0 · 10⁸) : (7,0 · 10⁻⁷) ≈ 4,3 · 10¹⁴ Hz
  8. La luz violeta tiene una longitud de onda de 400 nm. Calcula su frecuencia.
    Ver respuesta
    f = (3,0 · 10⁸) : (4,0 · 10⁻⁷) = 7,5 · 10¹⁴ Hz
  9. Una onda tiene f = 5,0 · 10¹⁴ Hz y λ = 6,0 · 10⁻⁷ m. Calcula su velocidad.
    Ver respuesta
    v = 5,0 · 10¹⁴ · 6,0 · 10⁻⁷ = 30 · 10⁷ = 3,0 · 10⁸ m/s
  10. Unos rayos X tienen una longitud de onda de 1,0 · 10⁻¹⁰ m. Calcula su frecuencia.
    Ver respuesta
    f = (3,0 · 10⁸) : (1,0 · 10⁻¹⁰) = 3,0 · 10¹⁸ Hz
  11. Un rayo gamma tiene una frecuencia de 3,0 · 10²⁰ Hz. Calcula su longitud de onda.
    Ver respuesta
    λ = (3,0 · 10⁸) : (3,0 · 10²⁰) = 1,0 · 10⁻¹² m
  12. Una señal de radio de onda larga tiene una longitud de onda de 1500 m. Calcula su frecuencia en kHz.
    Ver respuesta
    f = (3,0 · 10⁸) : 1500 = 2,0 · 10⁵ Hz = 200 kHz
  13. La luz del Sol recorre 1,5 · 10¹¹ m hasta la Tierra. ¿Cuánto tarda?
    Ver respuesta
    t = (1,5 · 10¹¹) : (3,0 · 10⁸) = 500 s (unos 8 minutos y 20 segundos)
  14. Nombra las tres zonas ionizantes del espectro.
    Ver respuesta
    El ultravioleta (su parte de mayor frecuencia), los rayos X y los rayos gamma

Problemas

Ondas electromagnéticas en la vida real

Resuelve cada uno y luego comprueba tu respuesta.

  1. Una señal de móvil tiene una frecuencia de 900 MHz. ¿Cuál es su longitud de onda?
    Ver respuesta
    λ = (3,0 · 10⁸) : (9,0 · 10⁸) ≈ 0,33 m (unos 33 cm)
  2. Un satélite está a 36 000 km de altura. ¿Cuánto tarda una señal en llegar hasta él?
    Ver respuesta
    36 000 km = 3,6 · 10⁷ m; t = (3,6 · 10⁷) : (3,0 · 10⁸) = 0,12 s
  3. Cae un rayo a 3 km. ¿Por qué ves el relámpago unos 9 segundos antes de oír el trueno?
    Ver respuesta
    La luz tarda 3000 : (3,0 · 10⁸) = 0,00001 s, pero el sonido, a unos 340 m/s, tarda 3000 : 340 ≈ 8,8 s.
  4. Un equipo de rescate encuentra personas a oscuras con una cámara especial. ¿Qué ondas detecta y por qué funciona?
    Ver respuesta
    Infrarrojo: los cuerpos calientes emiten más infrarrojo que lo que tienen alrededor, más frío.
  5. ¿Por qué la crema solar protege la piel y qué ondas bloquea?
    Ver respuesta
    Absorbe o refleja el ultravioleta, que puede dañar las células de la piel y causar quemaduras.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se divide el espectro electromagnético?

En siete zonas, de menor a mayor frecuencia (de mayor a menor longitud de onda): ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Las fronteras entre zonas no son exactas: unas se solapan con otras.

¿Qué relación hay entre el espectro electromagnético y la luz visible?

La luz visible es una parte pequeña del espectro, de unos 400 nm (violeta) a 700 nm (rojo): la única que detectan nuestros ojos. Un prisma la separa en los colores del arcoíris.

¿Cómo está organizado el espectro?

Por longitud de onda o por frecuencia, que es lo mismo al revés, porque v = f · λ y la velocidad es fija. La energía de cada fotón aumenta con la frecuencia.

¿Qué es el espectro electromagnético en telecomunicaciones?

Es la parte de radio y microondas que usan la radio, la televisión, los móviles y el wifi. Es un recurso limitado, y en cada país el Estado reparte las bandas de frecuencia, a menudo mediante licencias.

¿Cuáles son las aplicaciones del espectro electromagnético?

Casi todas nuestras comunicaciones (radio, televisión, móviles, wifi), buena parte de la medicina (radiografías, radioterapia) y la astronomía: los telescopios de radio, infrarrojo y rayos X muestran partes del universo que nuestros ojos no ven.

¿Cómo explicar el espectro electromagnético a niños?

Como un piano muy largo de ondas invisibles: a un lado, las notas «graves» (ondas de radio, largas y lentas de vibrar); al otro, las «agudas» (rayos gamma, cortas y con mucha energía). La luz que vemos son solo unas pocas teclas en el centro.

Test rápido

El espectro electromagnético

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Pregunta 1 de 5

¿Qué lista está ordenada de menor a mayor frecuencia?

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