Ondas Electromagnéticas

Un poco de historia

Wilhelm-Conrad-Röntgen

Wilhem Conrad Röntgen, físico alemán que descubrió los Rayos X en 1895.

 

En 1895 Wilhelm Conrad Röntgen[1,2] descubrió casualmente la existencia de los Rayos X[3] mientras estudiaba los rayos catódicos[4]. Pocos años después, se usó por primera vez radiación para tratar tumores cancerígenos (radioterapia)curando al primer paciente de cáncer en 1899[5].

Röntgen recibió diversos galardones por el descubrimiento, llegando a conseguir el premio Nobel en 1901. En España, la radioterapia se introdujo en 1906, por Celedonio Calatayud[6].

 

 

 

 

 

 

albert-einstein

Albert Einstein, 1921.

 

Años más tarde, Albert Einstein[7] explicó cómo y porqué un metal emite electrones cuando se le hace incidir radiación electromagnética, llamándolo Efecto Fotoeléctrico[8]. Este fenómeno se produce cuando un fotón[9] incide sobre el material, colisionando con un electrón de éste y transfiriéndole toda su energía, consiguiendo arrancar a ese electrón del material al que pertenece (fig.3). La energía mínima que ha de tener un fotón para conseguir arrancar un electrón del material metálico es diferente para cada metal. Es por tanto, una característica del material.

 

 

 

 

Fue por el Efecto Fotoeléctrico (y no por la Teoría de la Relatividad[10,11]) que consiguió el premio Nobel en 1921.

efecto-fotoelectrico

Fig.3: esquema de lo que ocurre cuando se produce el Efecto Fotoeléctrico. Cada fotón incidente (líneas onduladas rojas), si tiene la energía suficiente, arrancará un electrón del material metálico (indicado con flechas azules).

Pero, ¿qué es un fotón?

Un fotón[9] es un “paquete” de energía, una partícula sin masa y sin carga eléctrica que se propaga en presencia de un campo electromagnético a la famosa velocidad de la luz (a casi 300.000 km/s). Es decir, es la partícula que transfiere la energía de una onda electromagnética[12,13,14] al medio material que esté atravesando esa onda. En función de la energía que tenga ese fotón, su onda electromagnética asociada serán Rayos Gamma, Rayos X, Ultravioleta (UV), luz visible por el ojo humano, infrarrojos (calor), etc. Es decir, el espectro electromagnético[15, 16] (fig.4):

El espectro electromagnetico

Fig.4: espectro electromagnético. Se representan las energías de los fotones, las frecuencias a las que equivale cada energía y la longitud de onda que le corresponde a cada frecuencia (con una comparación del tamaño que representaría esa longitud de onda).

 

¿Cómo interacciona la radiación con la materia?

Cuando un fotón transfiere su energía a un átomo excitándolo, o más aún ionizándlo, la molécula a la que pertenece ese átomo se verá lógicamente afectada. El agua por ejemplo, que constituye alrededor del 70% de nuestro cuerpo, puede alterarse al romperse su estructura molecular dando lugar al radical libre más reactivo: el grupo hidroxilo [17] OH.

Si la radiación (sea de naturaleza electromagnética o no) a la que sometemos un material es de muy alta energía, pueden darse reacciones de en cadena en las que el fotón inicial transfiera tanta energía al primer electrón arrancado que éste sea capaz de chocar con otros, e incluso estos otros de seguir colisionando con algunos más. También puede ocurrir que el fotón inicial transfiera toda su energía después de haber chocado varias veces a lo largo de su trayectoria por el material. Todas estas vías de interacción de la radiación con la materia son los llamados efecto Compton[18], dispersión Rayleigh[19], creación de pares[20] y por supuesto el efecto Fotoeléctrico.

Por lo tanto, vemos que en función de la energía de la radiación depositada en un material tendremos diferentes tipos de interacciones radiación-materia, y si además aquello irradiado es un organismo vivo, también habrá que tener en cuenta el tiempo de exposición a esa radiación.

La dosis de radiación que tolera una célula, un órgano o una persona (como conjunto de todo lo anterior) depende de la energía depositada y de la duración[21].

Cualquier tipo de radiación capaz de ionizar un átomo o incluso capaz de cambiar su estructura nuclear, recibe el nombre de radiación ionizante. Concretamente son los rayos cósmicos[22], la  radiactividad[23], rayos Gamma[24], rayos X[3] y los rayos Ultravioleta[25].

Cuando la radiación no tiene suficiente energía como para generar estos cambios (sólo puede excitar átomos o moléculas) se la llama radiación no ionizante: luz visible[26], infrarrojos[27], y las radiofrecuencias[28] (gran rango de frecuencias al que pertenecen las microondas[29]).

Cualquier aparato eléctrico[30]genera radiación electromagnética dentro de esta región del espectro, incluyendo también la propia corriente eléctrica alterna[31], que en Europa oscila con una frecuencia de 50Hz[32].

REFERENCIAS

[1] Röntgen: https://es.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R%C3%B6ntgen

[2] Röntgen: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1901/rontgen-bio.html

[3] Rayos X: https://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X

[4] Rayos catódicos: https://es.wikipedia.org/wiki/Rayo_cat%C3%B3dico

[5] Radioterapia: https://es.wikipedia.org/wiki/Radioterapia#Historia_de_la_radioterapia

[6] Celedonio Calatayud: https://es.wikipedia.org/wiki/Celedonio_Calatayud

[7] Albert Einstein: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/einstein-bio.html

[8] Efecto Fotoeléctrico: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico

[9] Fotones: http://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3n

[10] TV1 (Redes) Relatividad General (YouTube): http://www.youtube.com/watch?v=VTPZFXzUqZg

[11] Relatividad: http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_relatividad

[12] Onda Electromagnética: http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica

[13] Ondas e.m.: http://www.areatecnologia.com/ondas-electromagneticas.htm

[14] Radiación Electromagnética: https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

[15] Espectro e.m.: http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

[16] Espectro e.m.: http://www.espectrometria.com/espectro_electromagntico

[17] Ion Hidróxido: http://es.wikipedia.org/wiki/Autoionizaci%C3%B3n_del_agua

[18] Efecto Compton: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Compton

[19] Dispersión Rayleigh: http://es.wikipedia.org/wiki/Dispersi%C3%B3n_de_Rayleigh

[20] Creación de pares: http://es.wikipedia.org/wiki/Creaci%C3%B3n_de_pares

[21] Dosimetría: http://es.wikipedia.org/wiki/Dosimetr%C3%ADa

[22] Rayos Cósmicos: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_c%C3%B3smica

[23] Radiactividad: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiactividad

[24] Rayos Gamma: http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma

[25] Rayos UV: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_ultravioleta

[26] Visible: http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible

[27] Infrarrojo: https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_infrarroja

[28] Radiofrecuencias: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuencia

[29] Microondas: http://es.wikipedia.org/wiki/Microondas

[30] Radiocomunicación: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiocomunicaci%C3%B3n

[31] AC: http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

[32] Frecuencia AC: http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia#Frecuencia_de_la_corriente_alterna

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