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Mecánica y Ondas

Energía electromagnética: Entendiendo el poder de las ondas

La energía electromagnética se utiliza para alimentar el mundo moderno.

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Energía electromagnética
Imagen por Pixabay

Sin la tecnología electromagnética avanzada, los teléfonos móviles y los ordenadores, el Bluetooth, los sistemas GPS, las imágenes por satélite y la comprensión científica de nuestro planeta y del espacio tal y como la conocemos no serían viables.

A medida que las aplicaciones tecnológicas y los aparatos siguen avanzando, la dependencia mutua de la tecnología electromagnética -y su mayor comprensión- es más importante que nunca.

Siga leyendo para descubrir más sobre el mundo electromagnético en el que vivimos.

¿Qué es la energía electromagnética?

La energía electromagnética es una energía radiante que viaja en ondas a la velocidad de la luz.

También puede describirse como energía radiante, radiación electromagnética, ondas electromagnéticas, luz o movimiento de la radiación.

La radiación electromagnética puede transferir calor. Las ondas electromagnéticas transportan el calor, la energía o las ondas de luz a través de un vacío o un medio de un punto a otro. El acto de hacer esto se considera energía electromagnética.

La radiación electromagnética fue descubierta por James Clerk Maxwell, un físico del siglo XIX cuyos descubrimientos influyeron enormemente en lo que se conocería como mecánica cuántica.

En cuanto a su funcionamiento, podemos pensar que la energía electromagnética o la radiación funcionan de forma similar a las olas del mar. En esta metáfora, la radiación es el agua. Las ondas electromagnéticas son las olas del océano, y la energía electromagnética se produce a partir de las olas que llevan el agua desde el centro del océano hasta la orilla.

Esa energía se ejemplifica mejor con la potencia necesaria para mover toda esa agua a través de largas distancias. La transferencia y generación de energía electromagnética real es un poco más compleja.

¿Cómo funcionan las ondas electromagnéticas?

La energía electromagnética consiste en campos magnéticos y eléctricos cambiantes que transfieren energía electromagnética. Las cargas positivas crean campos eléctricos, o un espacio cargado lo rodea que irradia hacia afuera. Cuando se manipula esa partícula cargada -por ejemplo, moviéndola hacia arriba y hacia abajo- se modifica el campo eléctrico.

Las corrientes magnéticas también crean campos magnéticos. Los cambios en el campo magnético pueden producirse cuando la corriente magnética es oscilante. Los campos magnéticos y los campos eléctricos se influyen mutuamente, y cuando una zona fluctúa y se mueve, también lo hace la otra. Los campos magnéticos viajan en un plano horizontal, y los campos eléctricos viajan verticalmente, lo que permite una alineación polarizada de los campos electromagnéticos.

La propagación eléctrica y magnética, o el viaje de las ondas, son los componentes esenciales de las ondas electromagnéticas. Un campo magnético cambiante puede causar un campo eléctrico cambiante, que puede causar un campo magnético cambiante, y así sucesivamente. El resultado es una reacción en cadena, y juntos estos campos oscilan perpendicularmente entre sí y crean ondas electromagnéticas transversales.

Las ondas viajan en portadores que contienen partículas de radiación llamadas fotones, que no tienen masa y pueden viajar a la velocidad de la luz.

Las ondas transversales, impulsadas por los campos magnéticos y los fotones momentáneos, son las que mueven las ondas de energía electromagnética.

El conjunto de posibles frecuencias y longitudes de onda que pueden tener las ondas electromagnéticas se denomina espectro electromagnético.

¿Qué es el espectro electromagnético?

El espectro electromagnético abarca la gama de frecuencias y longitudes de onda de la radiación electromagnética. Cada tipo de combinación de ondas y frecuencias crea diferentes formas de energía.

La frecuencia electromagnética equivale al número de crestas de onda que llegan a un punto concreto cada segundo. La frecuencia también puede considerarse como cada cresta de una onda mientras rueda y se mueve. Esta medida de la frecuencia, un ciclo de onda por segundo, se llama Hertz (Hz).

El Hertz debe su nombre al físico alemán Heinrich Hertz, que experimentó con las ondas de radio para demostrar que la velocidad de las ondas era igual a la de la luz o la radiación. Fue un gran descubrimiento para el campo de la energía electromagnética.

La velocidad de una onda es la longitud de onda por la frecuencia. A medida que la frecuencia aumenta, la longitud de onda disminuye y la onda electromagnética es más potente.

La energía de las ondas electromagnéticas se mide en electronvoltios. Esta unidad representa la energía cinética necesaria para transferir electrones a través de voltios de potencial. En otras palabras, la energía se mide por la cantidad de energía necesaria para crear más ondas o picos.

Cuanto más pequeña es una onda electromagnética, más ondas puede haber y más energía hay. Una mayor longitud de onda significa menos energía y, por tanto, menor frecuencia. Piensa en el espectro electromagnético como una línea recta y horizontal que se lee de izquierda a derecha.

Hacia el extremo izquierdo del espectro, tienes una frecuencia más baja o hertzios y una mayor longitud de onda. En el extremo derecho, tienes formas de onda más pequeñas y una frecuencia o hertzios más altos.

A medida que se viaja de un extremo del espectro al otro, la energía electromagnética se vuelve más significativa a medida que la frecuencia se vuelve más intensa.

Radiación electromagnética a lo largo del espectro

A lo largo del espectro hay siete tipos de radiación electromagnética:

Ondas de radio

Al principio del espectro electromagnético se encuentran las ondas de radio de baja frecuencia.

Las ondas de radio de baja frecuencia tienen las longitudes de onda más largas y la energía más baja del espectro, y su tamaño varía desde la longitud de un campo de fútbol hasta la del planeta Tierra.

Las ondas de radio nos permiten escuchar la radio a través de la radiofrecuencia como es de esperar, pero también se utilizan en la tecnología de los telescopios para ver el espacio.

Microondas

Aunque son similares a las ondas de radio en cuanto a frecuencia y tamaño, las microondas se diferencian por la tecnología necesaria para acceder a ellas y por la tecnología que pueden proporcionar. Los distintos tipos de microondas se caracterizan por el tamaño de su longitud de onda.

Por ejemplo, las microondas de banda C o de tamaño medio atraviesan las nubes, la nieve, la lluvia, el polvo, el humo o la niebla y (permiten) la comunicación por satélite, mientras que las microondas de banda L se utilizan para hacer funcionar los sistemas de posicionamiento global (GPS).

Las microondas también son las que permiten el funcionamiento de las señales de televisión y telefonía móvil y, por supuesto, de los hornos microondas.

Ondas infrarrojas

Las ondas infrarrojas también se conocen como luz o radiación infrarroja y pueden ser detectadas por el ser humano a través del calor.

La sección infrarroja del espectro electromagnético contiene tres subsectores: infrarrojo cercano, infrarrojo medio e infrarrojo lejano.

El infrarrojo lejano también se denomina infrarrojo térmico, ya que es el más adecuado para observar la energía térmica o calorífica. La energía electromagnética infrarroja se utiliza para localizar y ver objetos en el espacio, controlar y seguir los patrones de temperatura de la Tierra, ver objetos o energía térmica mediante imágenes térmicas y cambiar el canal de un televisor con un mando a distancia.

Luz visible

Tradicionalmente, el espectro de luz visible se sitúa en el centro del espectro electromagnético. Esta porción del espectro es la que puede ver el ojo humano.

Todo tipo de radiación electromagnética se considera luz, pero como ésta es la única luz electromagnética perceptible por las personas, se llama luz visible o espectro visible.

El espectro de luz visible nos da el arco iris: cada color del arco iris tiene una longitud de onda de diferente tamaño. Por ejemplo, el rojo tiene las longitudes de onda más largas y el violeta las más cortas.

Ondas ultravioletas (UV)

También conocidas como luz ultravioleta y radiación ultravioleta, las ondas ultravioletas se encuentran en el extremo de mayor frecuencia del espectro debido a sus menores longitudes de onda y mayor energía.

La radiación ultravioleta se divide en niveles de extremo, incluyendo la luz ultravioleta cercana, media, lejana y extrema. Sin embargo, la luz ultravioleta puede ser peligrosa para el ser humano si se encuentra en exceso debido a su mayor frecuencia y energía.

La luz ultravioleta puede dañar nuestra piel provocando quemaduras solares, rompiendo nuestras células e incluso afectando a nuestro ADN. Por eso la gente usa protección solar: para proteger la piel de la radiación de luz ultravioleta emitida por el sol.

Rayos X

La penúltima denominación del espectro electromagnético corresponde a los rayos X. Estos rayos tienen una frecuencia de energía muy alta y un tamaño de longitud de onda mucho más corto: pueden ser tan pequeños como un átomo.

La temperatura del objeto determina la longitud de onda de los rayos X, ya que las longitudes de onda más calientes son más cortas y viceversa. Los rayos X son conocidos por su uso en la imagen médica, que produce sombras de objetos en las películas de rayos X después de que las ondas de rayos X se disparen a través del cuerpo de una persona.

Las ondas de rayos X también son peligrosas cuando el cuerpo humano se somete a una exposición excesiva. Por ello, los pacientes que reciben radiografías médicas llevan equipo de protección y los técnicos de rayos X salen de la sala durante la toma de imágenes.

Rayos gamma

Situados en el extremo derecho del espectro, más alejado de las ondas de radio, están los rayos gamma, que tienen longitudes de onda cortas pero la mayor frecuencia de energía. Por ello, las ondas gamma son las ondas electromagnéticas más potentes.

Los rayos gamma son generados por explosiones de supernovas, agujeros negros, reacciones nucleares, desintegración nuclear y rayos. Estos estallidos de rayos son tan potentes que, según la NASA, pueden generar más energía en 10 segundos que el sol durante toda su vida.

¿Es segura la energía electromagnética?

Los peligros asociados a las ondas electromagnéticas plantean la cuestión de si la energía electromagnética es segura o no.

La radiación electromagnética depende de los diferentes tipos de radiación, que cambian en todo el espectro electromagnético.

Las radiaciones ionizantes son inducidas por las frecuencias más altas de la energía electromagnética, incluidas las ondas ultravioletas, de rayos X y de rayos gamma.

Los rayos gamma suponen una amenaza de radiación ionizante producida por reacciones y eventos nucleares. Además, la desintegración nuclear también puede presentar amenazas de radiación ionizada para la salud y es producida por los rayos gamma o los rayos X. La exposición a las radiaciones ionizantes puede causar daños cancerígenos en el ADN, enfermedades por radiación e incluso la muerte.

La radiación no ionizante, sin embargo, no contiene suficiente energía como para plantear problemas o peligros extremos de radiación. Es el tipo de radiación que emiten las ondas de menor frecuencia (como la luz visible, las microondas o las ondas de radio).

La radiación no ionizante es el tipo al que los seres humanos suelen estar expuestos cuando utilizan tecnología que emite ondas electromagnéticas, como teléfonos móviles, televisores, ordenadores, líneas eléctricas o microondas.

Sin embargo, la radiación de baja frecuencia se desplazará hacia niveles más preocupantes a medida que continúe el calentamiento global. La luz solar se emite en la Tierra y luego se devuelve al espacio a través de la radiación. Pero los gases de efecto invernadero -un tipo de contaminación causada por las emisiones- pueden atrapar esta radiación en la atmósfera terrestre, creando el efecto invernadero y perpetuando el calentamiento global.

¿Por qué es importante la energía electromagnética?

A medida que el estado medioambiental del planeta se convierte en una preocupación creciente, también lo es nuestra necesidad de comprender la radiación electromagnética. Los científicos tendrán que seguir investigando sobre la radiación y la energía electromagnética mientras crece la necesidad de energía renovable y sostenible.

Además, el desarrollo tecnológico continuo de ordenadores, teléfonos, aparatos de bajo consumo y fuentes de energía renovables seguirá siendo una prioridad para la creciente necesidad de conexión e información en un mundo cada vez más poblado.

La educación y el uso de la energía electromagnética nos permitirán seguir aprovechando las ondas electromagnéticas que alimentan nuestro mundo.

En Energias Digital hacemos todo lo posible para proporcionarle acceso a información y guías centradas en las energías renovables, estudios de casos, tendencias tecnológicas, mercados, empresas y mucho más.

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