La radiación electromágnetica (EM) es una onda de la uno mismo-propagación en espacio con el los componentes magnéticos eléctricos de y . El de estos componentes oscila perpendicularmente el uno al otro y a la dirección de la propagación, y es en la fase con uno a. La radiación electromágnetica se clasifica en tipos según la frecuencia de la onda: estos tipos incluyen, en orden de la frecuencia cada vez mayor, de las ondas de radio, de las microondas, de la radiación de Terahertz, de la radiación infrarroja, de la luz visible, de la radiación ultravioleta, de las radiografías y de los rayos gama .

La radiación del EM lleva la energía y el ímpetu, que pueden ser impartidos cuando obran recíprocamente con la materia .

La física

Teoría

Las ondas electromagnéticas primero fueron predichas por el maxwell del vendedor de James y confirmadas posteriormente por el Heinrich Hertz . El maxwell derivó una forma de onda de las ecuaciones eléctricas y magnéticas, revelando la naturaleza ondulada de eléctrico y de campos magnéticos, y su simetría. Porque la velocidad de las ondas del EM predijo por la ecuación de onda coincidió con la velocidad medida de la luz, maxwell concluyó que el ligero sí mismo es una onda del EM.

Según las ecuaciones del maxwell, un campo eléctrico de tiempo variable genera un campo magnético y el viceversa . Por lo tanto, como un campo eléctrico oscilante genera un campo magnético oscilante, el campo magnético alternadamente genera un campo eléctrico oscilante, y así sucesivamente. Estos campos oscilantes juntos forman una onda electromagnética.

Una teoría de quántum de la interacción entre la radiación electromágnetica y la materia tal como electrones es descrita por la teoría de la electrodinámica de Quantum.

Características

¡ Eléctrico y los campos magnéticos obedecer las características de la superposición, así que los campos debido a las partículas particulares o eléctrico de tiempo variable o los campos magnéticos contribuyen a los campos debido a otras causas. (Como estos campos son campos de vector, todos los vectores de campo magnético y eléctrico agregan juntos según la adición del vector .) Estas características causan varios fenómenos incluyendo la refracción y la difracción . Por ejemplo, un incidente de la onda del EM que viaja en una estructura atómica induce la oscilación en los átomos de tal modo que los hacen emitir sus propias ondas del EM. Estas emisiones entonces alteran la onda el afectar con interferencia.

Puesto que la luz es una oscilación, no es afectada por viajar con eléctrico estático o campos magnéticos en un medio linear tal como un vacío. En medios no lineares tales como algunos cristales sin embargo, las interacciones pueden ocurrir entre la luz y eléctrico estático y los campos magnéticos - estas interacciones incluyen el efecto de Faraday y el efecto de Kerr .

En la refracción, una travesía de la onda a partir de un medio a otra de diversa densidad altera su velocidad y dirección sobre incorporar el nuevo medio. El cociente de los índices refractivos de los medios determina el grado de refracción, y es resumido por la ley de Snell. La luz se dispersa en un espectro visible mientras que la luz se brilla a través de una prisma debido a la refracción.

La física de la radiación electromágnetica es la electrodinámica, un subcampo del electromagnetismo .

Los objetos expuestos de la radiación del EM agitan características y características de la partícula al mismo tiempo (véase la dualidad de la Agitar-partícula). Las características de la onda son más evidentes cuando la radiación del EM se mide sobre calendarios relativamente grandes y sobre distancias grandes, y las características de la partícula son más evidentes al medir pequeños distancias y calendarios. Ambas características se han confirmado en una gran cantidad de experimentos.

Hay los experimentos en los cuales las naturalezas de la onda y de la partícula de ondas electromagnéticas aparecen en el mismo experimento, tal como la difracción de un solo fotón . Cuando un solo fotón se envía a través de dos rajas, pasa a través ambos ellos que interfieren consigo mismo, como las ondas lo hacen, con todo son detectadas por el fotomultiplicador o el otro detector sensible solamente una vez. Se observa uno mismo-interferencia similar cuando un solo fotón se envía en un Interferómetro de Michel u otros interferómetros

Modelo de onda

Un aspecto importante de la naturaleza de la luz es la frecuencia . La frecuencia de una onda es su índice de oscilación y se mide en el Hertz, la unidad del SI de la frecuencia, igual a una oscilación por el segundos . La luz tiene generalmente un espectro de las frecuencias que suman juntas para formar la onda resultante. Diversas frecuencias experimentan diversos ángulos de la refracción. Una onda consiste en canales y crestas sucesivos, y la distancia entre dos crestas o canales adyacentes se llama la longitud de onda . Las ondas del espectro electromágnetico varían de tamaño, de ondas de radio muy largas el tamaño de edificios a los rayos gama muy cortos más pequeños que núcleos de átomo. La frecuencia es inverso proporcional a la longitud de onda, según la ecuación: $v=f\; \backslash \; lambda$ del donde está la velocidad el v de la onda ( c del en un vacío, o menos en otros medios), el f es la frecuencia y el λ es la longitud de onda. Como agita límites cruzados entre diversos medios, sus velocidades cambian pero sus frecuencias siguen siendo constantes. Interferencia es la superposición de dos o más ondas dando por resultado un patrón de la nueva ola. Si los campos tienen componentes en la misma dirección, interfieren constructivo, mientras que enfrente de direcciones causan interferencia destructiva. La energía en ondas electromagnéticas a veces se llama el la energía radiante .

Modelo de partícula

Porque la energía de una onda del EM es quantized, en el modelo de partícula de la radiación del EM, una onda consiste en los paquetes discretos de energía, o los quanta, llamados los fotones la frecuencia de la onda son proporcionales a la magnitud de la energía de la partícula. Por otra parte, porque los fotones son emitidos y absorbidos por las partículas cargadas, actúan como transportadores de la energía . La energía por el fotón se puede calcular por la ecuación de de Planck:

$E=hf$

donde está la energía el E, el h es constante de Planck, y el f es frecuencia.

Mientras que un fotón es absorbido por un átomo, excita un electrón, elevándolo a un nivel de energía más alto . Si la energía es bastante grande, de modo que el electrón salte arriba a un bastante nivel de energía, puede escapar el tirón positivo del núcleo y ser liberado del átomo en una fotoionización llamada de proceso . Inversamente, un electrón que desciende a un nivel de una energía más baja en un átomo emite un fotón de la luz igual a la diferencia de la energía. Puesto que los niveles de energía de electrones en átomos son discretos, cada elemento emite y absorbe sus propias frecuencias características.

Junto, estos efectos explican los espectros de absorción de la luz . Las vendas oscuras en el espectro son debido a los átomos en el medio de intervención que absorbe diversas frecuencias de la luz. La composición del medio con el cual los recorridos ligeros determinan la naturaleza del espectro de absorción. Por ejemplo, las vendas oscuras en la luz emitida por una estrella distante son debido a los átomos en la atmósfera de la estrella. Estas vendas corresponden a los niveles de energía permitidos en los átomos. Un fenómeno similar ocurre para la emisión . Mientras que los electrones descienden a los niveles de una energía más baja, se emite un espectro que representa los saltos entre los niveles de energía de los electrones. Esto se manifiesta en el espectro de la emisión de las nebulosas hoy, los científicos utiliza este fenómeno para observar qué elementos se compone cierta estrella. También se utiliza en la determinación de la distancia de una estrella, usar el cambio rojo supuesto.

Velocidad de la propagación

Cualquier carga eléctrica que acelere, o cualquier campo magnético de cambio, produce la radiación electromágnetica. La información electromágnetica sobre la carga viaja a la velocidad de la luz. El tratamiento exacto incorpora así un concepto conocido como tiempo retardado (en comparación con el tiempo avanzado, que es unphysical a la luz de la causalidad ), que agrega a las expresiones para el campo eléctrico electrodinámico y el campo magnético . Estos términos adicionales son responsables de la radiación electromágnetica. Cuando el cualquier alambre (o el otro objeto que conduce tal como una antena ) conduce la corriente alternada, la radiación electromágnetica se propaga en la misma frecuencia que la corriente eléctrica. Dependiendo de las circunstancias, puede comportarse como onda o como partículas como onda, es caracterizada por una velocidad (la velocidad de la luz ), la longitud de onda, y la frecuencia . Cuando están considerados como partículas, se saben pues los fotones y cada uno tienen un energético a la frecuencia de la onda dada por el de la relación de de Planck E = el hν, donde está la energía el E del fotón, el h = 6.626 × 10^-34 J·s es constante de Planck, y el ν del es la frecuencia de la onda.

Una regla se obedece siempre sin importar las circunstancias: La radiación del EM en un vacío viaja siempre a la velocidad de la luz, concerniente al observador, sin importar la velocidad del observador. (Esta observación llevada desarrollo de s de Albert Einstein a 'de la teoría de la relatividad especial .)

En un medio (con excepción de vacío), la velocidad de la propagación o el índice de refracción se considera, dependiendo de frecuencia y del uso. Ambos éstos son cocientes de la velocidad en un medio a apresurar en un vacío.

Espectro electromágnetico

considera también:

l espectro electromágnetico

Generalmente, la radiación del EM es clasificada por longitud de onda en la energía eléctrica, de radio, microonda, infrarrojo, la región visible que percibimos mientras que luz, ultravioleta, el radiografía los rayos gama de y.

El comportamiento de la radiación del EM depende de su longitud de onda. Frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y frecuencias más bajas tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación del EM obra recíprocamente con los solos átomos y moléculas, su comportamiento depende de la cantidad de energía por quántum que lleva. La radiación electromágnetica se puede dividir en las octavas - como son las ondas acústicas - bobina para arriba con ochenta y uno octavas.

La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro del EM que la gama visible de 400 nanómetro a 700 nanómetro. Un espectroscopio común del laboratorio puede detectar longitudes de onda a partir del 2 nanómetro a 2500 nanómetro. La información detallada sobre las características físicas de objetos, de gases, o aún de estrellas se puede obtener de este tipo de dispositivo. Es ampliamente utilizada en astrofísica . Por ejemplo, el de los átomos del hidrógeno emite las ondas de radio del cm de la longitud de onda 21.

Luz

considera también:

ligero

La radiación del EM con una longitud de onda entre aproximadamente 400 el nanómetro y 700 nanómetro es detectada por el ojo humano y percibida como luz visible . Otras longitudes de onda, especialmente cerca infrarrojas (más de largo de 700 nanómetro) y el ultravioleta (más pronto de 400 nanómetro) también se refieren a veces como luz, especialmente cuando la visibilidad a los seres humanos no es relevante.

Si la radiación que tiene una frecuencia en la región visible del espectro del EM refleja apagado de un objeto, por ejemplo, un tazón de fuente de fruta, y después pega nuestros ojos, ésta da lugar a nuestra opinión visual de la escena. El sistema visual de nuestro cerebro procesa la multiplicidad de frecuencias reflejadas en diversas cortinas y tonalidades, y con esto no-entero-entendía fenómeno psicofísico, la mayoría de la gente percibe un tazón de fuente de fruta.

A lo más las longitudes de onda, sin embargo, la información llevada por la radiación electromágnetica no son detectadas directo por sentidos humanos. Las fuentes naturales producen la radiación del EM a través del espectro, y nuestra tecnología puede también manipular una gama amplia de longitudes de onda. La fibra óptica transmite la luz que, aunque sea no conveniente para la visión directa, puede llevar los datos que se pueden traducir a sonido o a una imagen. La codificación usada en tales datos es similar a ésa usada con las ondas de radio.

Ondas de radio

considera también:

la radiofrecuencia

Las ondas de radio se pueden hacer para llevar la información variando una combinación de la amplitud, de la frecuencia y de la fase de la onda dentro de una banda de frecuencia.

Cuando la radiación del EM afecta sobre un conductor, se junta al conductor, viaja a lo largo de ella, y el induce una corriente eléctrica en la superficie de ese conductor excitando los electrones del material que conduce. Este efecto (el efecto de piel ) se utiliza en antenas. La radiación del EM puede también hacer ciertas moléculas absorber energía y calentarla así para arriba; esto se explota en los hornos microondas

Derivación

Las ondas electromagnéticas como fenómeno general fueron predichas por las leyes clásicas de la electricidad y del magnetismo, conocidas como ecuaciones del maxwell. Si usted examina las ecuaciones del maxwell sin fuentes (las cargas o las corrientes) entonces usted encontrará que, junto con la posibilidad nada que sucede, la teoría también admitirá las soluciones no triviales del cambio eléctricas y de campos magnéticos. El comenzar con las ecuaciones del maxwell para un vacío:

$\backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; =\; 0\; \backslash \; qquad\; \backslash \; qquad\; \backslash \; qquad\; \backslash \; \backslash \; (1)$
$\backslash \; nabla\; \backslash \; época\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; =\; -\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; parcial\}\; \{\backslash \; t\; parcial\}\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; \backslash \; qquad\; \backslash \; qquad\; (2)$
$\backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; =\; 0\; \backslash \; qquad\; \backslash \; qquad\; \backslash \; qquad\; \backslash \; \backslash \; (3)$
$\backslash \; nabla\; \backslash \; época\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; =\; \backslash \; mu\_0\; \backslash \; epsilon\_0\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; parcial\}\; \{\backslash \; t\; parcial\}\; \backslash \; mathbf\; \{\}\; \backslash \; qquad\; \backslash \; \backslash \; \backslash \; (4)$ de E el
donde está operador el $\backslash \; nabla$ del diferenciado del vector (véase a Del ).

Una solución, $del\; del$
\ mathbf {E} = \ = \ mathbf {0} , del mathbf {B} es trivial.

Para ver el más interesante, utilizamos las identidades del vector, que trabajan para cualquier vector, como sigue: $del$

l del
\ nabla \ épocas \ (\ nabla \ épocas \ mathbf {A} \ derecho) = dejado \ nabla \ (\ nabla \ cdot \ mathbf {A} \ derecho) - dejado \ nabla^2 \ mathbf {A}

Para ver cómo podemos utilizar este tomar el enrollamiento de la ecuación (2): $del$

l del
\ nabla \ épocas \ (\ nabla \ épocas \ mathbf {E} \ derecho) = dejado \ nabla \ épocas \ dejadas (- \ frac {\ parcial \ mathbf {B}} {\ t parcial} \) derecho \ qquad \ qquad \ qquad \ patio \ \ \ (5) \,

Evaluación del lado de mano izquierda:

$\backslash \; nabla\; \backslash \; época\; \backslash \; ido\; (\backslash \; nabla\; \backslash \; épocas\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; \backslash \; derecho)\; =\; \backslash \; nabla\; \backslash \; ido\; (\backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; \backslash \; derecho)\; -\; \backslash \; nabla^2\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; =\; -\; \backslash \; nabla^2\; \backslash \; mathbf\; \{\}\; de\; E\; \backslash \; qquad\; \backslash \; patio\; \backslash \; (6)\; \backslash ,$
de donde simplificamos el antedicho usando la ecuación (1).

Evaluar el lado derecho: $\backslash \; nabla\; \backslash \; tiempos\; \backslash \; dejados\; del$

l del
(- \ frac {\ parcial \ mathbf {B}} {\ t parcial} \ correctos) = - \ frac {\ parcial} {\ t parcial} \ ido (\ nabla \ épocas \ mathbf {B} \ derecho) = - \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial^2} {\ partial^2 t} \ mathbf {} \ qquad (7) de E

Las ecuaciones (6) y (7) son iguales, esto dan lugar tan a una ecuación diferencial vector-valorada para el campo eléctrico, a saber

Ver también

style=" del
Control de la radiación electromágnetica
Pulso electromágnetico
Espectro electromágnetico
Bioelectromagnetism
Radiación electromágnetica y salud
Ecuación de la onda electromagnética
Método del tiempo-dominio de la diferencia finita
Helicon
Klistrón
ligero
Ecuaciones del maxwell
Polarización del fotón
Energía radiante
El sinusoidal plano-agita soluciones de la ecuación de la onda electromagnética
Reacción de la radiación