13Radiacion Electromagnetica- - Tanis Rincon Medina

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Ingeniería de Materiales					128
Radiación electromagnética
Con este término se indica el conjunto de radiaciones emitidas por los diversos cuerpos celestes y por la materia en general existente en el Universo.
La radiación electromagnética comprende una variedad extraordinariamente amplia de emisiones que van, en orden decreciente de energía y de frecuencia (y creciente en cuanto a la longitud de onda), desde los rayos gamma a los rayos X, rayos ultravioletas, etc.
Todas estas emisiones, que según los casos tienen una naturaleza de partículas o de ondas electromagnéticas, son producidas en el curso de procesos energéticos que involucran a las partículas elementales con que está formada la materia y constituyen el denominado espectro electromagnético.
La luz que perciben nuestros ojos sólo ocupa una pequeña banda del espectro electromagnético total, precisamente la comprendida en las longitudes de onda de 4.000 Angstrom (luz violeta) y los 7.000 Angstrom (luz roja). 
Hasta la primera mitad del siglo XIX todas las informaciones sobre el Universo se recogían de las observaciones en luz visible; con el nacimiento de la astrofísica y la construcción de instrumentos capaces de percibir las otras emisiones del espectro electromagnético, nuestros conocimientos sobre el Universo se han ampliado enormemente.
Espectro electromagnético
El Espectro Electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como "Las ondas de radio" hasta los que tienen menor longitud como los "Los rayos Gamma."
Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa. Las características propias de cada tipo de onda son su longitud de onda, su frecuencia y energía.El espectro electromagnético
	 
	 
	Longitud de onda
	Frecuencia
	Energía
	Radio
	Muy Baja Frecuencia
	> 10 km
	< 30 Khz
	< 1.99 e-29 J
	
	Onda Larga
	< 10 km
	> 30 Khz
	> 1.99 e -29 J
	
	Onda media
	< 650 m
	> 650 Khz
	> 4.31 e-28 J
	
	Onda corta
	< 180 m
	> 1.7 Mhz
	> 1.13 e-27 J
	
	Muy alta frecuencia
	< 10 m
	> 30 Mhz
	> 2.05 e-26 J
	
	Ultra alta frecuencia
	< 1 m
	> 300 Mhz
	> 1.99 e-25 J
	Microondas
	 
	< 30 cm
	> 1.0 Ghz
	> 1.99 e-24 J
	Infrarrojo
	Lejano / submilimétrico
	< 1 mm
	> 300 Ghz
	> 199 e-24 J
	
	Medio
	< 50 um
	> 6.0 Thz
	> 3.98 e-21 J
	
	Cercano
	< 2.5 um
	> 120 Thz
	> 79.5 e-21 J
	Luz Visible
	 
	< 780 nm
	> 384 Thz
	> 255 e-21 J
	Ultravioleta
	Cercano
	< 380 nm
	> 789 Thz
	> 523 e-21 J
	
	Extremo
	< 200 nm
	> 1.5 Phz
	> 993 e-21 J
	Rayo X
	
	< 10 nm
	> 30.0 Phz
	> 19.9 e-18 J
	Rayos Gamma
	 
	< 10 pm
	> 30.0 Ehz
	> 19.9 e-15 J
Frecuencia (khz) = 300,000 / longitud de onda (metros)
Las ondas de radio (espectro radial): Se utilizan no sólo para llevar música, sino también para transportar la señal de televisión y los teléfonos celulares.
Este este espectro abarca desde las ondas de:
- Muy Baja Frecuencia (VLF): para enlaces de radio a gran distancia
- Frecuencias Bajas (LF): para enlaces de radio a gran distancia, especialmente en la navegación marítima y aérea 
- Frecuencias Medias (MF): son ondas utilizadas en la radio difusión
- Alta Frecuencia (HF): para comunicaciones a media y larga distancia
- Frecuencias Muy Altas (VHF): se utilizan en Televisión y radio en FM, entre otros
- Ultra Alta Frecuencia (UHF): se utilizan en Televisión, radio comunicación
- Frecuencia Superaltas (SHF): se utilizan en sistemas de radar, radio comunicación
- Frecuencia Extra Altas (EHF): se utilizan en sistemas de radar, radio comunicación
Nota: UHF, SHF y EHF abarcan un rango de frecuencias que comprende las microondas y los rayos infrarrojos.
Las microondas: Las microondas tienen longitud de onda del orden de los centímetros. En los microondas domésticos se utilizan las longitudes de onda mayores. Longitudes de onda menores se utilizan en radares. También se utilizan para enviar información de un lugar a otro
Los rayos infrarrojos Rayos no visibles, muy útiles pues son irradiados por los cuerpos dependiendo de su temperatura. Sus aplicaciones son muchas, incluyendo su utilidad en los controles remotos muy conocidos por todos.
Luz visible: Ver La Luz: características y estructura 
Los Rayos Ultravioleta: Estos rayos se dividen en 3 grupos: Cercano, Lejano y Extremo que se diferencian a parte de su frecuencia por la cantidad de energía que transmiten. La que más energía transmite es: Los rayos Ultravioleta Extremo (EUV)
Los rayos X: Estos rayos de menor longitud de onda que los rayos ultravioleta tiene mas energía (la energía aumenta con el aumento de la frecuencia)  Se comporta más como una partícula que como una onda. Son muy utilizados en el área de la medicina ya que las diferentes partes del cuerpo por su diferente densidad absorben mas o menos esta radiación, pudiendo verse un ejemplo en las placas de rayos X que todos conocemos.
Los rayos Gamma: Estas ondas son generadas por átomos reactivos y en explosiones nucleares. Estos rayos pueden matar las células y en medicina son utilizadas para matar células cancerosas 
La luz
Longitud de onda, velocidad, colores
La luz, al igual que el sonido, es una combinación de "tonos" de diferente frecuencia. Se puede decir que los tonos es al sonido lo que los colores es  la luz. La luz es entonces una combinación de colores (cada color de diferente frecuencia y longitud de onda). 
La luz blanca es una mezcla de rayos de luz combinados. Cada uno de estos rayos tiene su propia longitud de onda, y es la variación de esta longitud de onda la que permite obtener todos los colores posibles. 
Se pueden ver los colores del arco iris, que es la luz blanca que viene del sol y es separada por las gotas de lluvia a modo de prisma. 
A veces cuando se comparan dos fuentes de luz blanca, se nota que no son exactamente iguales. Esta diferencia se explica en que cada fuente de luz tiene una combinación diferente de tonos de color. Algunas luces blancas son más amarillentas o azuladas que otras y esto se debe a que en la combinación de colores predomina más uno de ellos.  
La longitud de onda se expresa de la siguiente manera: λ =  c / f, donde:
- λ = longitud de onda de la luz c = velocidad de la luz en el espacio (300,000 Km./seg) 
- f  = frecuencia 
La luz se puede dividir en tres categorías: 
	 
	 
	Longitud de onda
 (μm)
	Longitud de onda
 (A°)
	Luz ultraviotela (UV)
	 
	menor a 0.4
	menor a 4000
	Luz visible
	Violeta
	 
	0.46
	4600
	
	Azul
	 
	0.5
	5000
	
	Verde
	 
	0.56
	5600
	
	Amarillo
	 
	0.59
	5900
	
	Ambar
	 
	0.61
	6100
	
	Rojo
	 
	0.66
	6600
	Luz infrarroja (IR)
	 
	mayor a 0.7
	mayor a 7000
1μm = 10-6 metros (m)
1 Å = 10-10 metros (m)
1μm = 10,000 Å
El ojo humano tiene una capacidad limitada y no es capaz de ver luz de longitudes de onda mayores a la de la luz ultravioleta (UV), ni menores a la de la luz infrarroja. 
Lámpara incandescente 
El componente principal de la lámpara es el filamento, que cuando pasa corriente a través de él, puede ser calentado como resistencia hasta el estado incandescente, manteniéndose en este estado por mucho tiempo.
Este filamento tiene que fabricarse de un material con un alto punto de fusión (punto en que por la temperatura se derrita) y este es el Tungsteno cuyo punto de fusión es 3655 °K (grados Kelvin). Este filamento debe estar protegido en un medio que evite que se deteriore. 
Este ambiente se logra poniéndolo dentro de un bulbo, bombillo o ampolla de vidrio que este al vacío o con un gas inerte.
La lámpara incandescente con filamento de tungsteno es mucho más eficiente que las que tiene otros materiales.
El filamento de tungsteno se torna incandescente a partir de los 1000 °K (grados Kelvin), pudiendo llegar a 1800 °K y 2500 °K lo que significa que su eficiencia luminosa está entre 1 y 8 lumens por vatio (lumen es una unidad de medida de intensidad de luz). Mientras más se aumenta la temperatura del filamento (aumentando el voltaje entre sus terminales) , la luz emitida por él es más blanca. No es conveniente incrementar el voltaje que alimenta un filamento pues esto reducela vida útil de la lámpara. De hecho es necesario un corto período de calentamiento luego de encenderla, para después alcanzar su temperatura estable.
La longitud del filamento lo define el voltaje de operación del bulbo, a más voltaje, más largo es el filamento y a veces significa más soportes internos dentro del bulbo de vidrio
Si una lámpara necesita menor corriente para emitir luz, el grosor del filamento será menor.
Este filamento se mantiene en su posición dentro del bulbo con ayuda de unos alambres electrodos, que son los que permiten que la conexión eléctrica con el exterior del bulbo sea posible
Si las lámparas son del tipo miniatura, los alambres electrodos salen directamente al exterior, en otros casos utilizan un casquillo enroscable o con unos pequeños pines laterales (se utilizan en los automóviles). Una lámpara de tungsteno puede operar con cualquier tipo de fuente de tensión, sea de corriente continua o corriente alterna, aunque la vida de la lámpara es menor cuando opera en corriente continua
Unidades electrónicas
Ampere: [Amperio] (A): Unidad de medida de la corriente eléctrica, es la cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo I = Q / t. Es la corriente ( I ) que produce una fuerza de 2 x 10-7 newton por metro entre dos conductores paralelos separados por 1 metro 
1 A = 1 Coulombio / segundo 
1 A = 1000 mA (miliamperio)
Coulomb [coulombio] (C): Unidad de medición de la carga eléctrica. Carga Q que pasa por un punto en un segundo cuando la corriente es de 1 amperio. 1Coulomb = 6.28x1018 electrones 
Joule [julio] (J): Es el trabajo (W) hecho por la fuerza de un Newton actuando sobre la distancia de 1 metro
Watt [Vatio] (W): Unidad de la potencia. Potencia (P) requerida para realizar un trabajo a razón de 1 julio (joule) por segundo. Ver: Potencia en una resistencia (Ley de Joule)
Farad [Faradio] (F): Unidad de medida de los capacitores/condensadores. Es la capacitancia (C) en donde la carga de 1 coulombio produce una diferencia de potencial de 1 voltio
Ohm [ohmio] (Ω): Unidad de medición de la resistencia eléctrica, representada por la letra griega (Ω, omega). Es la resistencia que produce una tensión de 1 voltio cuando es atravesada por una corriente de 1 amperio.
Siemens (S): Unidad de medida de la conductancia (G) 
Es la conductancia que produce una corriente de 1 amperio cuando se aplica una tensión de 1 voltio. Es el recíproco del Ohmio, antes llamado mho
Volt [voltio] (V): Unidad de medición de la diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica, comúnmente llamado voltaje. 
Es la diferencia de potencial entre dos puntos en un conductor que transporta una corriente de 1 amperio, cuando la potencia disipada entre los puntos es de 1 watt.
Hertz [hercio] (Hz): Cantidad de ciclos completos de una onda en una unidad de tiempo
1 Hertz = 1 ciclo/seg
Henry [henrio] (H): Unidad de medida de los inductores/ bobinas. Es la inductancia (L) en que 1 voltio es inducido por un cambio de corriente de 1 amperio por segundo
Historia de las ondas electromagnéticas
Relación ente electricidad y magnetismo
Se sabe que la electricidad es capaz de generar ondas de radio y, desde que Oersted descubrió por accidente las ondas electromagnéticas, se suponía que había una relación entre electricidad y magnetismo, relación que incluía que siempre estaban en un ángulo de 90°.
Este comportamiento tan singular pudo ser explicado por el físico escocés "James Clerk Maxwell" (1831 - 1879), quien unificó el estudio de la electricidad y electromagnetismo con 4 ecuaciones.
Lo que Maxwell expuso con sus ecuaciones fue que el campo eléctrico y el campo magnético estaban intrínsecamente relacionados y que no era necesario el flujo de electrones en un conductor.
En otras palabras: 
- Cuando una corriente eléctrica pasa por un conductor, un campo magnético es creado y es perpendicular al conductor mencionado. 
- Cuando un conductor es expuesto un cambio de flujo magnético perpendicular a él, un voltaje es generado en los extremos del conductor.
Lo anterior puede ocurrir en espacio abierto, donde el campo magnético y eléctrico depende el uno del otro, en su viaje a la velocidad de la luz. Esta onda es conocida como "la onda electromagnética"
Si se utiliza una fuente de tensión alterna y una antena, se puede crear una onda electromagnética.
Hay dos tipos de antena: (elementos transmisores, en este caso, que convierten una señal de corriente y voltaje en ondas electromagnéticas. Las antenas también trabajan como receptoras de ondas electromagnéticas)        
Dipolo abierto: Actúa como un condensador (capacitor). Son dos conductores separados por un dielétrico (el aire). En este caso el campo eléctrico, se propaga por el aire en vez de concentrarse entre las láminas como sucede en un condensador. El campo eléctrico radiado genera automáticamente el campo magnético en un ángulo de 90°.
Dipolo Cerrado: Actúa como una espira de una bobina (inductor) con núcleo de aire y el campo magnético se propaga por el aire en vez de concentrarse como sería en el inductor. El campo magnético radiado genera automáticamente un campo eléctrico de 90°. 
 
Microondas, frecuencias, longitudes de onda, aplicaciones
En los tiempos actuales en que el espectro para radiofrecuencia está quedando pequeño para la creciente demanda de telecomunicaciones, la incursión en el campo de los microondas es natural.  Hay que tomar en cuenta también que existen algunas aplicaciones que son exclusivas de las frecuencias de microondas
Durante la segunda guerra mundial, hablar del Radar era sinónimo de microondas. En esta época el desarrollo de sistemas de microondas recibió un gran estímulo, debido a la necesidad de un radar de alta resolución capaz de detectar aviones y barcos enemigos.
En la actualidad el empleo de sistemas de microondas es importantísimo y sus aplicaciones incluyen control de tráfico aéreo, navegación marina, control de misiles, aviación, telecomunicaciones, entre muchas otras.
En los últimos años las frecuencias de microondas son utilizadas cada vez más en telecomunicaciones:
- En tierra, las telecomunicaciones con microondas se utilizan cada vez más utilizando antenas repetidoras, necesarias a lo largo de un camino o trayecto de comunicación
- En el espacio, los satélites se emplean como estaciones retransmisoras de microondas. Estos satélites tienen una enorme capacidad y las nuevas generaciones de satélites serán aún más potentes.
Las comunicaciones por satélite, se están volviendo muy importantes en el área comercial. Muchas estaciones de televisión retransmiten a todo el mundo mediante satélites. La señal que éstas emiten se puede captar en lugares alejados, donde no existe el servicio de televisión tradicional.
Las microondas comprenden frecuencias que trabajan en el rango de los 109 a 1012 Hertz, que corresponden a longitudes de onda que van de los 30 cm. (centímetros) a 0.3 mm. (milímetros). Estas longitudes de onda son del mismo orden de magnitud que las dimensiones de los circuitos empleados en su generación. 
Debido a la pequeñez de las longitudes de onda, el tiempo de propagación de los efectos eléctricos desde un punto a otro en el circuito, es comparable con el período y cargas oscilantes del sistema. Como consecuencia de lo anterior, un análisis mediante la ley de corrientes de Kirchoff y la ley de tensiones de Kirchoff y los conceptos convencionales de tensión y corriente a baja frecuencia no describen adecuadamente los fenómenos eléctricos que acontecen  en un circuito de microondas. Además una análisis de un circuito de este tipo debe considerar los campos magnéticos y eléctricos asociados a este dispositivo.
Descubrimiento del horno de microondas
En el año 1947 cuando un ingeniero llamado Percy Spencer de la empresa Raytheon, llevaba en el bolsillo de su saco una tableta de chocolate, la cual dio origen a uno de los inventos más utilizados en la vida cotidiana. 
El Ingeniero Spencer realizaba investigaciones con un generador de altas frecuencias (unos 60,000 Mhz) para usarlo como radar.Luego de un rato de investigar sintió un poco de hambre y decidió comerse la barra de chocolate que llevaba en el bolsillo de su saco.
Cuando sacó la barra de chocolate para comérsela, encontró con el chocolate fundido.
¿Qué ocurrió?
El ingeniero decidió verificar su experiencia colocando un huevo y maíz cerca del generador de frecuencias y luego se retiró. Al regresar a su  laboratorio encontró que estaba lleno de palomitas de maíz (pochoclo) y huevo revuelto.
Los primeros hornos de microondas se comercializaron en el año 1947, eran muy grandes y sólo los adquirieron algunos restaurantes. A partir de los años 70, aparecieron modelos más pequeños y baratos lo que trajo como consecuencia su popularización.
En 1947 una tableta de chocolate derretida, convirtió un radar en el primer horno de microondas.
Raytheon – Massachussets - USA
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