Radiaciones electromagnéticas
Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por
partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada
partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una
mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético. Estas radiaciones generan
unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el vacío.
Imaginemos que movemos de forma oscilatoria (de arriba a bajo) una partícula
cargada eléctricamente (o magnéticamente) como la de la figura.
Como vemos se crea una perturbación a su alrededor, que es
lo que llamamos una onda. Esta onda depende de la velocidad con la que movamos
la partícula (y fuerza), y de la amplitud o distancia entre el inicio y el
final del recorrido. Cambiando estos valores podemos cambiar el tamaño de la
onda. La onda generada tendrá la misma forma pero más grande y/o con mas
ondulaciones por segundo. Si la partícula tiene un componente eléctrico, pero también
uno magnético ya tenemos generada una radiación electromagnética, con su onda
electromagnética.
La escala para clasificarlas, por orden
creciente de longitudes de onda ( o decreciente por su frecuencia) se llama Espectro Electromagnético.
Dependiendo de la onda pertenecerá a un espectro u a otro.
Radiación del cuerpo negro
Todos los cuerpos en el universo, incluyendo las personas,
los cubos de hielo y el fuego, emiten radiación en todo momento, debido a que
las partículas cargadas dentro ellas se encuentran en constante movimiento
aleatorio (cuando una carga eléctrica cambia su estado de movimiento emite una
radiación electromagnética).
Cuando emiten radiación, lo hacen en la forma de un
espectro. En otras palabras, ellos emiten fotones de diferente energía
(colores) y, por tanto, de diferentes longitudes de onda. Debido a que estos
fotones son emitidos al mismo tiempo, los vemos "mezclados" y por
tanto, solo vemos un color de luz. Si tuviéramos que separar la luz de acuerdo
a su longitud de onda, o de acuerdo a su frecuencia, veríamos un espectro
óptico como el mostrado a continuación.
Los objetos no emiten toda su radiación en una sola
frecuencia sino que siempre hay un rango de frecuencias emitido. Pero hay un
amplio rango de longitudes de onda que nuestros ojos no pueden ver, es decir,
la radiación electromagnética que podemos visualizar es solo una parte muy
pequeña del espectro de radiación emitido.
La explicación de porqué los cuerpos calientes resplandecen
y la forma en que estos lo hacen conllevó al nacimiento de una nueva física: La
mecánica cuántica.
El camino a la mecánica cuántica comenzó en 1859 con el
trabajo del físico Alemán Gustav Kirchoff quien estudió el espectro de la luz
emitida por el Sol. Para entender la naturaleza del espectro continuo de esta
radiación, Kirchoff comenzó a considerar la emisión y absorción de radiación de
materiales calientes en general: la radiación del cuerpo negro. Sus estudios
dieron origen a lo que ahora se conoce como espectroscopia.
A mediados de 1880 el físico Austríaco, Ludwig Boltzmann,
derivó una expresión para la densidad de energía total emitida por un cuerpo
negro ideal. La fórmula, ahora conocida como la Ley de Stefan-Boltzmann, decía
que la densidad total de energía emitida es proporcional a la cuarta potencia
de la temperatura.
Otro físico Alemán Wilhelm Wien, dio un gran paso
encontrando la función de distribución que correspondería al espectro emitido
por los cuerpos calientes. La distribución trabajó bien para altas frecuencias
y dio la predicción correcta para las longitudes en que la intensidad máxima
ocurría, pero después se encontró errores de predicción en las longitudes de
onda largas (región infrarroja).
En un trabajo revolucionario, publicado en 1900, el físico
Alemán, Max Planck, tuvo éxito en dar una distribución de intensidad que estuvo
de acuerdo con los resultados experimentales. A fin de derivar a este
resultado, sin embargo, Planck tuvo que admitir que la física clásica estaba
equivocada (según la teoría de Mawxell, la energía asociada a una onda
electromagnética está únicamente relacionada con la intensidad de la onda y es
independiente de su frecuencia). Él tuvo que hacer una suposición drástica,
bastante injustificada: que los osciladores podrían solo emitir y absorber
energía en unidades discretas llamadas cuantos. Esto se conoce como principio
de cuantización de la energía.
