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Espectro electromagnético
Radiaciones ionizantes y no ionizantes
Ivana Aguiar
Pero…¿qué es una onda?
¿Qué es una onda?
Una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad
de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo
magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin
transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa
como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.
Ejemplos de ondas
Olas, que son perturbaciones que se propagan por el agua.
Ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz
ultravioleta, rayos X, y rayos gamma conforman la radiación
electromagnética. En este caso, la propagación es posible sin un medio, a
través del vacío.
Sonoras — una onda mecánica que se propaga por el aire, los líquidos o
los sólidos.
Ondas sísmicas en terremotos.
Ondas periódicas y no periódicas
Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos
repetitivos por ejemplo una onda sinusoidal
Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o,
en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen
características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.
Ondas transversales
Las ondas periódicas están
caracterizadas por crestas o
montes y valles, y usualmente es
categorizada como longitudinal o
transversal.
Una onda transversal es aquella con
las vibraciones perpendiculares a la
dirección de propagación de la onda;
Ejemplos incluyen ondas en una
cuerda y ondas electromagnéticas.
Ondas longitudinales
Onda longitudinal es aquella con
vibraciones paralelas en la dirección de la
propagación de las ondas
Ejemplos incluyen ondas sonoras y resorte
que se comprime
Elementos de una onda
Período (): El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima
amplitud al siguiente.
Amplitud (): La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la
onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o
decrezca con el paso del tiempo.
Frecuencia (): Número de veces que es repetida dicha vibración por unidad de tiempo.
En otras palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
Longitud de onda (): Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones
consecutivas, o la distancia entre dos crestas consecutivas.
Nodo: es el punto donde la onda cruza
la línea de equilibrio.
Velocidad de propagación: es la
velocidad a la que se propaga el
movimiento ondulatorio.
Su valor es el cociente de la longitud de
onda y su período.
Clasificación de las ondas
Las ondas se clasifican atendiendo a diferentes aspectos:
En función del medio en el que se propagan:
Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico
(sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor
de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio.
Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se
desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas
mecánicas tenemos las ondas elásticas y las ondas sonoras.
Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin
necesidad de un medio, por lo tanto puede propagarse en el vacío. Esto es debido a que
las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico,
en relación con un campo magnético asociado.
Las ondas que nos interesan hoy:
ondas 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 son producidas por las
oscilaciones de un campo eléctrico,
en relación con un campo
magnético asociado.
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.
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.
Las ondas electromagnéticas viajan
aproximadamente a una velocidad
de 300.000 km por segundo,
A esta velocidad podemos:
- darle la vuelta entera a la Tierra en
20 milisegundos
- viajar a la Luna en 1,3 segundos
- llegar al Sol en 8 minutos 19
segundos
- llegar a la estrella más cercana en
4,2 años
Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana
hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya.
O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros
prácticamente en el instante de producirse.
Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia o
su energía en el Espectro Electromagnético
Ondas: frecuencia y energía
Velocidad de la luz
E=h.f
Frecuencia de la onda
electromagnética
asociada al fotón
Energía de
un fotón
Constante
de Planck
Constante de Planck: «cuanto de acción» debido a que la
cantidad denominada acción de un proceso físico (el producto
de la energía implicada y el tiempo empleado) solo podía tomar
valores discretos, es decir, múltiplos enteros de h .
Longitud de onda
asociada al fotón
¿Qué es el fotón?
El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del
fenómeno electromagnético
Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética,
incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro
electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio.
El fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad
onda-corpúsculo")
La luz, ¿es una onda o una partícula?
En 1925, Louis de Broglie propuso que todas las partículas
deberían ser consideradas como provistas de propiedades
ondulatorias.
Dualidad onda-partícula
Dualidad onda-partícula
La luz se comporta de forma dual:
Como onda: tiene frecuencia (f), longitud de onda (λ) y velocidad de
propagación
Como partícula: tiene energía (E) y momento lineal
“Un mismo fenómeno puede
tener dos percepciones
diferentes”
Principio de incertidumbre de Heisenberg
La localización y el momento de una partícula son
complementarios, es decir, tanto la localización como
el momento no pueden conocerse simultáneamente
La relación cuantitativa entre la precisión de cada
medición se describe mediante la siguiente fórmula:
Radiación
Es energía que se propaga por el espacio.
Puede estar constituida por partículas o por radiación electromagnética.
Según la teoría de la
relatividad la masa es una
forma de energía y la
teoría de conservación de
la energía se extiende a la
suma
de
ambas
magnitudes.
La creación de masa a partir de energía así como también la desaparición de
masa y aparición de energía son posibles.
Otra forma de clasificar las ondas electromagnéticas:
Radiación ionizante y no ionizante
¿Qué es la ionización?
La ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se
producen iones
Iones: átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o
falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.
La división entre radiación no ionizante y radiación ionizante suele
establecerse en aproximadamente 100 nm
Radiación ionizante
Radiación no ionizante
Recordando
Radiación no ionizante
Radiación que no tiene suficiente energía para ionizar la materia
no es capaz de entregar suficiente energía a un átomo
o a una molécula como para arrancar electrones
Radiación ultravioleta
Luz visible
Radiación infrarroja
Microondas
Ondas de radio
Radiación ultravioleta
Radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida
aproximadamente entre los 400 nm (4x10−7 m) y los 15 nm (1,5x10−8
m).
Su nombre proviene de que su rango empieza desde longitudes de onda
más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta.
Esta radiación es parte integrante de los rayos solares y produce varios
efectos en la salud.
Una de las aplicaciones de los rayos ultravioleta es como forma de
esterilización, junto con los rayos infrarrojos (pueden eliminar toda clase
de bacterias y virus sin dejar residuos, a diferencia de los productos
químicos).
Luz visible
A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz
visible o simplemente luz.
No hay límites exactos en el espectro visible: un típico ojo humano responderá a
longitudes de onda de 400 a 700 nm, aunque algunas personas pueden ser capaces de
percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm.
A pesar que el espectro es continuo no hay cantidades vacías entre uno y otro color, los
rangos anteriores podrían ser usados como una aproximación.
violeta
380-450 nm
azul
450-495 nm
verde
495-570 nm
amarillo
570-590 nm
anaranjado
590-620 nm
rojo
620-750 nm
Radiación infrarroja
Tipo de radiación electromagnética y térmica, de mayor longitud de onda que la
luz visible, pero menor que la de las microondas
Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.
La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea
mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto)
Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a
su longitud de onda, de este modo
infrarrojo cercano (de 800 nm a 2500 nm)
infrarrojo medio (de 2.5 µm a 50 µm)
infrarrojo lejano (de 50 µm a 1000 µm)
Radiación microondas
Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un
rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300
GHz, que supone una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm.
Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de
microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de
aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas
de agua, lo cual genera calor.
En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que
estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que
otras longitudes de onda mayores.
Ondas de radio
Porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3
Hz y unos 300 GHz
Se pueden transmitir aplicando la corriente alterna
originada en un generador a una antena.
Las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía
móvil están incluidas en esta clase de emisiones de
radiofrecuencia
Radiación ionizante
Es aquella radiación con energía suficiente para ionizar la materia
Radiación gamma
Rayos X
Partículas alfa
Partículas beta
Protones
Neutrones
Tipos de radiación
Radiación gamma
La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación
electromagnética, y por tanto constituida por fotones, producida
generalmente por elementos radiactivos o por procesos subatómicos
como la aniquilación de un par positrón-electrón.
La energía de esta naturaleza se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un
MeV corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a
10-11 m o a frecuencias superiores a 1019 Hz.
Radiación X
Los rayos X son radiación electromagnética con longitud de onda entre 10 a
0,01 nanómetros.
La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos
gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la
desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y
en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen
de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica,
fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones.
Partículas alfa
Las partículas (α) son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su
envoltura de electrones correspondiente, de helio-4 (4He). Estos núcleos
están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de
electrones, su carga eléctrica es positiva (+2qe)
Partículas beta
Una partícula beta (β) es un electrón que sale despedido de una
desintegración beta
Usar la radiación puede ser beneficioso
Medicina:
Estudios con rayos X
Estudios de medicina nuclear
Terapia con radiación
Industria
Esterilización de material médico e insectos
Inhibición de reproducción celular en alimentos
Control de niveles, espesores y piezas industriales
Control de equipajes en aeropuertos
Detectores de humo
¿Por qué puede ser peligroso exponerse a las radiaciones
ionizantes?
Acciones Directas: el daño ocurre como resultado de
ionización de átomos o moléculas clave en el sistema
biológico
Resulta inactivación o alteración funcional de la molécula
Acciones Indirectas: involucran la producción de radicales
libres reactivos que dañan las moléculas clave
La exposición a las radiaciones puede ser peligrosa, dependiendo
de varios factores:
Tipo de radiación
Dosis de la radiación
Tiempo de exposición
Distancia a la fuente de radiación
Protección contra radiación peligrosa
Mamapara de plomo protege de los
rayos X
Estructuras de contención alrededor de un
reactor nuclear
Protector solar para proteger la piel de
radiación ultra violeta
Principio de ALARA
“As Low As Reasonably Achievable”, es decir “tan bajo como sea razonablemente
alcanzable”
Uno de los principios básicos para establecer cualquier medida de seguridad
radiológica
Para lograr esto hay que cumplir tres criterios básicos: distancia, blindaje y tiempo
Manejo de material radiactivo
Medidas de seguridad:
1)
Mantener distancia
2)
Minimizar el tiempo de exposición
3)
Utilizar prendas protectoras
4)
Etiquetado cuidadoso