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FACULTAD DE SISTEMAS COMPUTACIONALES Y TELECOMUNICACIONES ESPECIALIDAD REDES COMPUTACIONALES MATERIA: TRANSMISION DE VOZ Y DATOS ALUMNO: LUIS EDUARDO GUERRERO SANCHEZ CATEDRÁTICO: FRANCISCO JAVIER ESPINOZA PACHECO TEMA: EFECTOS DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO FECHA: 9 DE SEPTIEMBRE DEL 2013 EFECTOS DE ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Definición.- El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto. El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo. Rango del espectro El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y más bajas pueden ser producidas por ciertas nebulosas estelares y son importantes para su estudio. Se han descubierto frecuencias tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de fuentes astrofísicas. La energía electromagnética en una longitud de onda particular (en el vacío) tiene una frecuencia asociada y una energía fotónica. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones. De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja. Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente. Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma. El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras). La espectroscopia puede descubrir una región mucho más amplia del espectro que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de laboratorio común puede descubrir longitudes de onda desde 2 nm a 2500 nm. Con este tipo de aparatos puede obtenerse información detallada sobre las propiedades físicas de objetos, gases o incluso estrellas. La espectrometría se usa sobre todo en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten ondas de radio que tienen una longitud de onda de 21.12 cm. Tipos de radiación Aunque el esquema de clasificación suele ser preciso, en realidad existe algo de trasposición entre tipos vecinos de energía electromagnética. Por ejemplo, las ondas de radio a 60 Hz pueden ser recibidas y estudiadas por astrónomos, o pueden ser conducidas a lo largo de cables como energía eléctrica. También, algunos rayos gamma de baja energía realmente tienen una longitud de onda más larga que algunos rayos X de gran energía. Esto es posible porque "rayo gamma" es el nombre que se le da a los fotones generados en la descomposición nuclear u otros procesos nucleares y subnucleares, mientras que los rayos X son generados por transiciones electrónicas que implican electrones interiores muy energéticos. Por lo tanto, la diferencia entre rayo gamma y rayo X está relacionada con la fuente de radiación más que con la longitud de onda de la radiación. Generalmente, las transiciones nucleares son mucho más energéticas que las transiciones electrónicas, así que los rayos gamma suelen ser más energéticos que los rayos X. Sin embargo, hay transiciones nucleares de baja energía (p.ej. la transición nuclear de 14.4 keV del Fe57) que producen rayos gamma que son menos energéticos que algunos de los rayos X de mayor energía. Radiofrecuencia Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro. Se usan para la transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio. Las ondas de radio pueden transportar información variando la combinación de amplitud, frecuencia y fase de la onda dentro de una banda de frecuencia. El uso del espectro de radio está regulado por muchos gobiernos mediante la asignación de frecuencias. Cuando la radiación electromagnética impacta sobre un conductor, se empareja con él y viaja a lo largo del mismo, induciendo una corriente eléctrica en la superficie de ese conductor mediante la excitación de los electrones del material de conducción. Este efecto (el efecto piel) es usado en las antenas. La radiación electromagnética también puede hacer que ciertas moléculas absorban energía y se calienten, una característica que se utiliza en los microondas. Microondas La frecuencia súper alta (SHF) y la frecuencia extremadamente alta (EHF) de las microondas son las siguientes en la escala de frecuencia. Las microondas son ondas lo suficientemente cortas como para emplear guías de ondas metálicas tubulares de diámetro razonable. La energía de microondas se produce con tubos klistrón y tubos magnetrón, y con diodos de estado sólido como los dispositivos Gunn e IMPATT. Las microondas son absorbidas por la moléculas que tienen un momento dipolar en líquidos. En un horno microondas, este efecto se usa para calentar la comida. La radiación de microondas de baja intensidad se utiliza en Wi-Fi. El horno microondas promedio, cuando está activo, está en un rango cercano y bastante poderoso como para causar interferencia con campos electromagnéticos mal protegidos, como los que se encuentran en dispositivos médicos móviles y aparatos electrónicos baratos. Rayos T La radiación de terahertzios (o Rayos T) es una región del espectro situada entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, este rango estaba muy poco estudiado, ya que apenas había fuentes para la energía microondas en el extremo alto de la banda (ondas submilimétrica o también llamadas ondas terahertzios). Sin embargo, están apareciendo comunicaciones. aplicaciones para mostrar imágenes y Los científicos también buscan aplicar la tecnología de rayos T en las fuerzas armadas, donde podrían usarse para dirigirlas a las tropas enemigas, ya que las ondas de alta frecuencia incapacitan los equipos electrónicos. Radiación infrarroja La parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango desde aproximadamente los 300 GHz (1 mm) hasta los 400 THz (750 nm). Puede ser dividida en tres partes: * Infrarrojo lejano, desde 300 GHz (1 mm) hasta 30 THz (10 μm). La parte inferior de este rango también puede llamarse microondas. Esta radiación es absorbida por los llamados modos rotatorios en las moléculas en fase gaseosa, mediante movimientos moleculares en los líquidos, y mediante fotones en los sólidos. El agua en la atmósfera de la Tierra absorbe tan fuertemente esta radiación que confiere a la atmósfera efectividad opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitudes de onda ("ventanas") dentro del rango opaco que permiten la transmisión parcial, y pueden ser usados en astronomía. El rango de longitud de onda de aproximadamente 200 μm hasta unos pocos mm suele llamarse "radiación submilimétrica" en astronomía, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda por debajo de los 200 μm. * Infrarrojo medio, desde 30 a 120 THz (10 a 2.5 μm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango. Se absorbe por vibraciones moleculares, es decir, cuando los diferentes átomos en una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango es llamado, a veces, región de huella digital, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio de cada compuesto es muy específico. * Infrarrojo cercano, desde 120 a 400 THz (2500 a 750 nm). Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible. Radiación visible (luz) La frecuencia por encima del infrarrojo es la de la luz visible. Este es el rango en el que el Sol y las estrellas similares a él emiten la mayor parte de su radiación. No es probablemente una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que el sol emite con más fuerza. La luz visible (y la luz cercana al infrarrojo) son absorbidas y emitidas por electrones en las moléculas y átomos que se mueven desde un nivel de energía a otro. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del espectro electromagnético. Un arco iris muestra la parte óptica (visible) del espectro electromagnético; el infrarrojo (si pudiera verse) estaría localizado justo a continuación del lado rojo del arco iris, mientras que el ultravioleta estaría tras el violeta. La radiación electromagnética con una longitud de onda entre aproximadamente 400 nm y 700 nm es detectado por el ojo humano y percibida como luz visible. A otras longitudes de onda, sobre todo al infrarrojo cercano (más largo de 700 nm) y al ultravioleta (más corto que 400 nm) también se les llama luz a veces, sobre todo cuando la visibilidad para los humanos no es relevante. Si la radiación que tiene una frecuencia en la región visible del espectro electromagnético se refleja en un objeto, como por ejemplo un plato hondo de fruta, y luego impacta en nuestros ojos, obtenemos una percepción visual de la escena. El sistema visual de nuestro cerebro procesa la multitud de frecuencias reflejadas en diferentes sombras y matices, y a través de este fenómeno psicofísico que todavía no se entiende completamente, es como percibiríamos los objetos. En la mayor parte de las longitudes de onda, sin embargo, la información transportada por la radiación electromagnética no es directamente descubierta por los sentidos humanos. Las fuentes naturales producen radiación electromagnética a través del espectro, y nuestra tecnología también puede manipular un amplio rango de longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz que, aunque no es adecuada para la visión directa, puede transportar datos que luego son traducidos en sonido o imagen. La codificación usada en tales datos es similar a lo que se usa con las ondas de radio. Luz ultravioleta La siguiente frecuencia en el espectro es el ultravioleta (o rayos UV), que es la radiación cuya longitud de onda es más corta que el extremo violeta del espectro visible. Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que cambia su comportamiento. Las quemaduras solares, por ejemplo, están causadas por los efectos perjudiciales de la radiación UV en las células de la piel, y pueden causar incluso cáncer de piel si la radiación daña las moléculas de ADN complejas en las células (la radiación UV es un mutágeno). El Sol emite una gran cantidad de radiación UV, lo que podría convertir rápidamente la Tierra en un desierto estéril si no fuera porque, en su mayor parte, es absorbida por la capa de ozono de la atmósfera antes de alcanzar la superficie. Rayos X Después del ultravioleta vienen los rayos X. Los rayos X duros tienen longitudes de onda más cortas que los rayos X suaves. Se usan generalmente para ver a través de algunos objetos, así como para la física de alta energía y la astronomía. Las estrellas de neutrones y los discos de acreción alrededor de los agujeros negros emiten rayos X, lo que nos permite estudiarlos. Los rayos X pasan por la mayor parte de sustancias, y esto los hace útiles en medicina e industria. También son emitidos por las estrellas, y especialmente por algunos tipos de nebulosas. Un aparato de radiografía funciona disparando un haz de electrones sobre un "objetivo". Si los electrones se disparan con suficiente energía, se producen rayos X. Rayos gamma Después de los rayos X duros vienen los rayos gamma. Son los fotones más energéticos, y no se conoce el límite más bajo de su longitud de onda. Son útiles a los astrónomos en el estudio de objetos o regiones de alta energía, y son útiles para los físicos gracias a su capacidad penetrante y su producción de radioisótopos. La longitud de onda de los rayos gamma puede medirse con gran exactitud por medio de dispersión Compton. No hay ningún límite exactamente definido entre las bandas del espectro electromagnético. Algunos tipos de radiación tienen una mezcla de las propiedades de radiaciones que se encuentran en las dos regiones del espectro. Por ejemplo, la luz roja se parece a la radiación infrarroja en que puede resonar algunos enlaces químicos. CONTAMINACIÓN ELECTROMAGNÉTICA El concepto de contaminación electromagnética, también conocida como electro-polución, se refiere a la presunta existencia de una exposición excesiva a las radiaciones de espectro electromagnético (o campos electromagnéticos) generadas por equipos electrónicos u otros elementos producto de la actividad humana. Se emplea el término "contaminación" puesto que se sospecha que ciertos campos electromagnéticos podrían ser, para las especies vivas, un factor de perturbación, pudiendo afectar a su salud o hábitos reproductivos. Estas cuestiones son objeto de polémica social y mediática, y también de intenso estudio académico, sin que hasta la fecha haya sido probada científicamente la existencia de efectos adversos. Algunos campos electromagnéticos a intensidades muy elevadas pueden presentar efectos nocivos comprobados, fundamentalmente por el efecto térmico que pueden causar (como por ejemplo el campo electromagnético en el interior de un horno microondas). Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud estima que, a los niveles promedio de intensidad a los que se somete un adulto en los países desarrollados, no existen efectos adversos para la salud. Igualmente la OMS considera probado que no existe correlación entre los altos niveles de campo electromagnético y los síntomas de la denominada hipersensibilidad electromagnética, cuyas causas aun no se conocen. Un aspecto polémico refiere a los hipotéticos efectos nocivos que podrían producir, a largo plazo, las emisiones de radiación electromagnética. Algunos casos puntuales de supuestos aumentos en la probabilidad de cáncer en personas que viven en zonas cercanas a torres de alta tensión, como así también la reciente preocupación sobre el uso de la telefonía celular, y de la antenas de celulares y o WiMAX han contribuido a despertar cierto grado de "alarma social". Orígenes de los campos electromagnéticos. Los seres vivos han estado expuestos a influencias electromagnéticas desde que existen: la luz del sol, los rayos cósmicos y otras, son radiaciones naturales de diferente naturaleza. El presunto problema, sin embargo, se atribuye únicamente a los campos creados por la acción humana. Campos electromagnéticos de origen natural. Los campos electromagnéticos están presentes en todas partes, aunque son invisibles en general al ojo humano. Se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en la atmósfera asociadas a las tormentas con aparato eléctrico. El campo magnético terrestre hace que la aguja de una brújula se oriente en el eje norte-sur, y lo usan algunas aves y peces para su orientación. Sin embargo, hacia principios del siglo XX, el control de la zona inferior (radiofrecuencia) del espectro electromagnético propició el inicio de una actividad productiva sobre dicho fenómeno, en particular la transmisión de sonido (radio) e imágenes (televisión). Campos electromagnéticos de origen humano Además de las fuentes naturales, el espectro electromagnético también incluye campos generados por la acción humana. Por ejemplo, los rayos X se usan para diagnosticar fracturas de huesos. La electricidad que se consume en cada enchufe también produce campos eléctricos de baja frecuencia. Y además, se emplean diversos rangos de alta frecuencia para transmitir información, como señales de radio o televisión, o voz y datos en sistemas de telefonía móvil. Posibles efectos dañinos en la salud. Argumentos en contra Un campo electromagnético no es un campo eléctrico ni es un campo magnético. Ningún estudio actual permite establecer un mecanismo de interacción entre radiación electromagnética no ionizante distinto de la transmisión de energía calorífica. Los estudios respecto a las consecuencias de los efectos térmicos en los seres vivos, han sido hasta hace algunos años los dominantes. La utilización de este punto de vista en la regulación respecto a la radiación electromagnética no ionizante se conoce como criterio térmico. El campo electromagnético tampoco actúa sobre las partículas de hierro de nuestro organismo que está presente en forma agregada. Los estudios que correlacionan la radiación electromagnética no ionizante con daños a la salud presentarían problemas metodológicos. El principal problema de los estudios poblacionales suele ser la aparición de variables ocultas como por ejemplo que las personas que viven cerca de torres de alta tensión pueden ser personas de menor poder adquisitivo que vivan en peores condiciones de salud, higiene y educación. Falta establecer los mecanismos causales por el cual la radiación electromagnética no ionizante afecta a los seres vivos. Se señala que este tipo de radiación no interactuaría con la materia, solo a través de los ya mencionados efectos térmicos. Los seres humanos hemos estado desde siempre expuestos a la irradiación solar, la que incluye irradiación en gran parte del espectro electromagnético. Organismos como la Organización Mundial de la Salud, la Comisión Europea, la Universidad Complutense de Madrid, la Asociación Española contra el Cáncer, el Ministerio de Sanidad y Consumo de España, o el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España han emitido informes que descartan que la radiación electromagnética afecte en forma alguna a la salud. Argumentos a favor Desde esta posición la investigación científica ha pasado de señalar que los efectos dañinos no solo serían posibles, sino además probables: Algunos estudios poblacionales y epidemiológicos correlacionan significativamente la radiación electromagnética no ionizante con daños a la salud humana. Por ejemplo Horst Eger, alemania, señalan que la probabilidad de cáncer aumenta en tres veces en la población que vive dentro de un radio de 400 metros de una antena de telefonía móvil en comparación con la población que vive fuera de ese radio.Otro estudio, de Ferdinand Ruzicka, señala que el promedio de vida disminuye en 10 años en los habitantes que viven cerca de una antena emisora de contaminación electromagnética, si se comparan con los que viven lejos de una. Si bien es cierto que desde siempre hemos estado expuestos a irradiación electromagnética, nunca antes en la historia de la humanidad el fenómeno ha sido tan masivo, tanto en fuentes de emisión (líneas eléctricas, celulares, antenas de telefonía, antenas de WiMAX, WiFI, entre otros artefactos) como en duración. Los estudios que menosprecian los efectos dañinos de la contaminación electromagnética no considerarían los efectos a la exposición a largo plazo y la interacción de múltiples y diversas fuentes de emisión. Además consideran criterios parciales (por ejemplo, el térmico) o no consideran efectos relevantes (por ejemplo la interacción del magnetismo con el sistema inmune). También existen estudios a largo plazo, hasta 40 años, que no encuentran tal relación. Se trata de estudios tanto sobre usuarios de telefonía móvil, como sobre operadores militares de radar y comunicaciones, o trabajadores de empresas de comunicaciones. Un resumen de diferentes estudios a largo plazo, con resultados en general negativos. Efectos posibles Dentro de los diversos daños a la salud que se han investigado, se encuentran: Efectos térmicos: absorción de calor; se suele considerar que un efecto es térmico si viene acompañado por un aumento de temperatura corporal de al menos un grado. Suceden con intensidades de campo relativamente altas. El resultado es similar al generado por un golpe de calor: incluyen aumento de la tensión sanguínea, vértigo, cansancio, desorientación, cefalea, náuseas y, en casos extremos (con intensidades de potencia mayores que 1000W/m2), cataratas, quemaduras y esterilidad. Efectos no térmicos o atérmicos; aquellos que no vienen acompañados por un aumento de temperatura. Se discute si serían causados, en caso de existir, por un mecanismo hasta hoy desconocido, o bien sigue tratándose, en última instancia, de una absorción de calor. Sucederían con intensidades de campo menores y aplicadas durante un largo plazo; entre ellos se incluye cáncer, enfermedades inmunes, cambios genéticos, arritmias cardíacas y daños neurológicos. SÍNTOMAS, ALTERACIONES Y EFECTOS EN LA SALUD PROVOCADOS POR LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS DE GRAN INTENSIDAD. Dolores de cabeza, Fatiga matinal, Depresión, Incremento del stress Irritabilidad y alteraciones (agresividad),Alteraciones del sueño, del insomnio comportamiento , Pérdida de memoria, Lentitud en la toma de decisiones. Mente en blanco, Palpitaciones, Vertigos, Ansiedad, Astenia (pérdida de vitalidad). Disminución de la actividad sexual, Pérdida del apetito, Alteraciones cardiovasculares. Alteraciones en el ciclo menstrual, Opacidad del cristalino, lesiones de la retina, del epitelio y del estroma. Alteraciones en el córnea, Alteración de la espermatogénesis. Alteraciones endocrinas, Alteración del sistema sanguíneo y de la inmunocompetencia, Aumento del riesgo de leucemia. Aberraciones cromosomáticas, Alteración de los mecanismos celulares e infracelulares, Abortos y malformaciones durante la gestación. *Estos efectos están en relación con la potencia de emisión recibida y con la duración de dicha exposición. APLICACIONES DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO. El conocimiento que se tiene hoy en día del espectro electromagnético es bastante acabado y sus aplicaciones son muchas, cada vez que conversamos por el celular, que sintonizamos una radio, vemos un programa de televisión, o que sentimos el calor del sol, estamos percibiendo de una u otra forma radiaciones electromagnéticas. La luz visible es solo una pequeña parte de la familia de ondas electromagnéticas que forman el espectro. Sus aplicaciones dependen según el tipo de onda electromagnética: Las ondas microondas: Una aplicación es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiación electromagnética de muy alta frecuencia tiene mucha energía, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo. Las comunicaciones y el radar son otras dos aplicaciones de las microondas. Las ondas de radio: Se emplean sobre todo en el tratamiento denominado onda corta. Se trata de un tipo de corriente alterna de alta frecuencia caracterizada por tener una longitud de onda comprendida entre 1 y 30 metros (10-300 MHz). La onda corta, debido a su alta frecuencia es capaz de atravesar toda clase de cuerpos, tanto conductores como no conductores. Infrarrojos: se utilizan cuando encendemos el televisor y cambiamos de canal con nuestro mando a distancia; en el supermercado, nuestros productos se identifican con la lectura de los códigos de barras; vemos y escuchamos los discos compactos... todo, gracias a los infrarrojos. Estas son sólo algunas de las aplicaciones más simples, ya que se utilizan también en sistemas de seguridad, estudios oceánicos, medicina, etc. Rayos x: se emplean sobre todo en los campos de la investigación científica, la industria y la medicina. Rayos gamma: se utilizan para esterilizar instrumentos que no pueden ser esterilizados por otros métodos, y con riesgos considerablemente menores para la salud, también son utilizados en la radioterapia. Ventajas e inconvenientes de las ondas electromagnéticas. La principal ventaja de las ondas electromagnéticas es que tienen muchas utilidades. Son utilizadas en el campo de la comunicación, en medicina, la industría,...Sin embargo, tambien tienen algunos inconvenientes como los efectos perjudiciales de algunas de ellas sobre la salud. Los efectos sobre la salud de las ondas electromagnéticas son muy variados en función de su frecuencia; es decir, de la energía que portan sus fotones. Abarcan desde los efectos nulos, para muy bajas frecuencias, hasta efectos gravísimos en el caso de los rayos gamma o de los rayos cósmicos. Aparte de los efectos bioquímicos, las ondas electromagnéticas, presentan claros aspectos biofísicos. En el rango de frecuencias que nos importa el efecto térmico es manifiesto y su influencia en la salud innegable. El efecto térmico es debido a que todo campo electromagnético variable, y una onda es eso, induce corrientes eléctricas, y éstas a su vez disipan energía, en mayor o menor cuantía dependiendo de los coeficientes de conductividad e inducción. La disipación de energía contribuye evidentemente a la elevación de la temperatura, que será de forma local o general dependiendo que la irradiación sea local o general.