Radiación electromagnética

[miniatura|esquerda|250px|As ondas electromágnéticas que compoñen a **radiación electromagnética** poden imaxinarse como ondas oscilatorias transversais autopropagábeis dos campos [Campo eléctrico|eléctrico e magnético. Este diagrama mostra unha onda plana de radiación electromagnética linearmente polarizada propagándose de esquerda a dereita. O campo eléctrico está no plano vertical e o campo magnético no plano horizontal. Os dous campos están sempre en fase cunha razón constante entre as súas intensidades.]]
A **radiación electromagnética** é unha combinación de campos eléctricos e magnéticos oscilantes e perpendiculares entre si que se propagan a través do espazo transportando enerxía dun lugar a outro. A luz visíbel é unha das partes da radiación electromagnética. A diferenza doutros tipos de onda, como o son, que necesitan dun medio material para propagarse, a radiación electromagnética pódese propagar no baleiro. No século XIX pensábase que existía unha substancia indetectable chamada éter que ocupaba o baleiro e servía de medio de propagación das ondas electromagnéticas. James Clerk Maxwell desenvolveu as súas ecuacións das que se desprende que un campo eléctrico variante no tempo xera un campo magnético e viceversa, a variación temporal do campo magnético xera un campo eléctrico. Pódese visualizar a radiación electromagnética como dous campos que se xeran mutuamente, por iso non necesitan ningún medio material para propagarse. As ecuacións de Maxwell tamén predín a velocidade de propagación no baleiro (que se representa c e ten un valor de 299.792,458&nbsp;km/s), e a súa dirección de propagación (perpendicular ás oscilacións do campo eléctrico e magnético, que á súa vez son perpendiculares entre si). Heinrich Rudolf Hertz demostrouno experimentalmente en 1888.

O estudo teórico da radiación electromagnética denomínase electrodinámica e é un subcampo do electromagnetismo.

Dependendo do fenómeno estudado, a radiación electromagnética pódese considerar, no canto de como unha serie ondas, como un chorro de partículas, chamadas fotóns. Esta dualidade onda-corpúsculo fai que cada fotón teña unha enerxía proporcional á frecuencia da onda asociada, dada pola relación de Planck:
E=h\cdot\nu, onde 
***E*** é a enerxía do fotón, ***h*** é a Constante de Planck e ***\nu*** é a frecuencia da onda.

Así mesmo, considerando a radiación electromagnética como onda, a lonxitude de onda \lambda e a frecuencia de oscilación \nu están relacionadas por unha constante, a velocidade da luz no medio (*c* no baleiro):

c = \lambda \cdot \nu

A maior lonxitude de onda menor frecuencia (e menor enerxía segundo a relación de Plank).

## Historia do descubrimento 
As radiacións electromagnéticas con lonxitudes de onda distintas ás da luz visíbel, foron descubertas nos comezos do século XIX. O descubrimento dos raios infravermellos débese ao astrónomo William Herschel, quen publicou os seus resultados en 1800 para a Royal Society de Londres.
Herschel usou un prisma triangular de cristal para refractar a luz solar e detectar coa axuda dun termómetro, un aumento da temperatura máis alá da parte vermella do espectro. Atribuíu este fenómeno á existencia duns "raios caloríficos" invisíbeis que máis tarde serían denominados raios infravermellos.

En 1801, o físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubriu os raios ultravioleta nun experimento similar ao de Hershel, usando tamén un prisma triangular polo que fixo pasar a luz solar; ao dispersarse esta, observou que raios invisíbeis próximos ao bordo ultravioleta do espectro solar obscurecían preparados de cloruro de prata máis rapidamente do que o facían nas proximidades da luz violeta. O experimento de Ritter foi un precursor temperán da fotografía. Ritter decatouse que os raios ultravioleta (que foron chamados inicialmente "raios químicos") eran capaces de causar reaccións químicas.

[miniatura|240px|Retrato de [James Clerk Maxwell, cuxas ecuacións permitiron o avance no estudo da radiación electromagnética.]]
Entre 1862 e 1864, James Clerk Maxwell desenvolveu as súas ecuacións para o campo electromagnético, as cales suxerían que as ondas no campo trasladaríanse a unha velocidade que estaba moi próxima á coñecida velocidade da luz. Xa que logo, Maxwell fixo a suxestión de que a luz visíbel e, por inferencia, tamén os invisíbeis raios infravermellos e ultravioleta, consistían en perturbacións (ou radiacións) que se propagaban no campo electromagnético.

As ondas de radio foron producidas deliberadamente por primeira vez en 1887 por Heinrich Hertz usando circuítos eléctricos calculados para producir cargas oscilantes e correntes que suxerían as ecuacións de Maxwell. Hertz tamén desenvolveu métodos para detectar esas ondas, e produciu e caracterizou as que máis tarde serían chamadas microondas.

Wilhelm Röntgen descubriu e deulle nome aos raios X. O  8 de novembro de 1895despois de estar experimentando con altas voltaxes aplicadas a un tubo de baleiro, observou unha fluorescencia nun prato próximo de vidro revestido. Nun mes descubriu as propiedades máis importantes dos raios X.

#### Radiación ultravioleta 
A medida que a frecuencia aumenta no ultravioleta (UV), os fotóns adquiren suficiente enerxía (uns tres electróns voltios ou máis) para excitar certas moléculas con enlace dobre nunha reorganización química permanente. No ADN, isto causa danos duradeiros. O ADN tamén é danado indirectamente por especies reactivas do osíxeno producidas pola radiación ultravioleta A (UVA), que ten enerxía demasiado baixa para danar o ADN directamente. É por iso que a radiación ultravioleta en todas as súas lonxitudes de onda pode danar o ADN, e é capaz de causar cancro e (para UVB) as queimaduras da pel (queimaduras solares) que son moito peores cas producidas por efectos de quecemento simple (aumento de temperatura). Esta propiedade de causar danos moleculares, desproporcionada cos efectos do quecemento, é característica de todas as radicacións electromagnéticas con frecuencias no rango da luz visíbel e superiores. Estas propiedades das radiacións de alta frecuencia débense a efectos cuánticos que danan permanentemente materiais e tecidos a nivel molecular.

No extremo máis alto do rango ultravioleta, a enerxía dos fotóns chega a ser o suficientemente grande como para transmitir a enerxía suficiente aos electróns para que se liberen do átomo, nun proceso chamado fotoionización. A enerxía necesaria para iso é sempre maior que aproximadamente 10 electrón-volt (eV), correspondentes a lonxitudes de onda menores que 124&nbsp;nm (algunhas fontes suxiren un corte máis real de 33 eV, que é a enerxía necesaria para ionizar auga). Este extremo alto do espectro ultravioleta con enerxías no rango de ionización aproximado, ás veces é chamado "UV extrema". O UV ionizante é filtrado fortemente pola atmosfera da Terra).

A radiación electromagnética composta por fotóns que transportan a mínima enerxía de ionización ou superior, que inclúe todo o espectro con lonxitudes de onda máis curtas, denomínase radiación ionizante. Existen outros tipos de radiación ionizante producidos por partículas non electromagnéticas. A radiación ionizante de tipo electromagnético esténdese desde a ultravioleta extrema ata todas as frecuencias máis altas e as lonxitudes de onda máis curtas, o que significa que todos os raios X e os raios gamma son deste tipo. Estas radiacións son capaces de producir os tipos máis severos de dano molecular, como por exemplo en bioloxía as alteracións nas biomoléculas, incluíndo mutacións e cancro, moitas veces a grandes profundidades por debaixo da pel. As radiacións desde o extremo máis alto do espectro de raios X, e todo do espectro de raios gamma, teñen capacidade penetrante na materia.

#### Raios X 
Despois dos UV, veñen no espectro os raios X, con frecuencias comprendidas entre os 30 PHz e os 30 EHz e lonxitudes de onda no rango de 10 pm ata 10&nbsp;nm.

Os raios X tamén se ionizan como os rangos superiores do UV. Non obstante, debido ás súas enerxías máis altas, os raios X tamén poden interactuar coa materia mediante o efecto Compton. Os raios X fortes teñen lonxitudes de onda máis curtas que os raios X brandos e poden atravesar moitas substancias con pouca absorción, o que os fai útiles para "ver a través de" obxectos con "espesores" inferiores ao equivalente a uns poucos metros de auga. Un uso notable é o diagnóstico pola imaxe de raios X na medicina (un proceso coñecido como radiografía). Os raios X son útiles como sondas na física de alta enerxía. En astronomía, os discos de acreción ao redor das estrelas de neutróns e os buracos negros emiten raios-X, permitindo o estudo destes fenómenos. Os raios X tamén son emitidos polas coroas das estrelas e son fortemente emitidos por algúns tipos de nebulosas. Porén, os telescopios de raios X deben situarse fóra da atmosfera da Terra para ver raios X astronómicos, xa que a gran profundidade da atmosfera da Terra faina opaca aos raios X (con densidade de área de 1.000 gramos por cm2), equivalente a un espesor de 10 metros de auga, cantidade suficiente para bloquear case todos os raios X e raios gamma astronómicos.

#### Raios gamma 
Son os de menor lonxitude de onda (menor que 10 pm) e máis alta frecuencia (maior que 30 EHz) e enerxía.

Foron descubertos por Paul Ulrich Villard en 1900. Son os fotóns máis enerxéticos, que non teñen un límite inferior definido para a súa lonxitude de onda. Na astronomía son valiosos para o estudo de obxectos ou rexións de alta enerxía pero, como ocorre con raios X, só se poden observar con telescopios fóra da atmosfera terrestre. Os raios gamma (γ) son utilizados experimentalmente en física pola súa capacidade penetrante e son producidos por unha serie de radioisótopos. Son utilizados para a irradiación de alimentos e sementes para a esterilización, e na medicina úsanse ocasionalmente na terapia do cancro por radiación. Máis comunmente, os raios gamma utilízanse para a imaxe diagnóstica na medicina nuclear, sendo un exemplo os escaneos PET. A lonxitude de onda dos raios gamma pode ser medida con gran precisión a través dos efectos da dispersión de Compton.

[miniatura|centro|800 px|O [espectro electromagnético co espectro visíbel ampliado.]]

## A radiación térmica electromagnética como unha forma de calor 
A estrutura básica da materia implica partículas cargadas ligadas. Cando a radiación electromagnética incide na materia, fai oscilar e gañar enerxía ás partículas cargadas. O destino final desta enerxía depende do contexto. Pode ser inmediatamente re-radiada e aparecer como radiación dispersa, reflectida ou transmitida. Pódese disipar noutros movementos microscópicos dentro da materia, chegando ao equilibrio térmico e manifestándose como enerxía térmica, ou mesmo transformarse en enerxía cinética no material. Cunhas poucas excepcións relacionadas con fotóns de alta enerxía (como a fluorescencia, a xeración harmónica, as reaccións fotoquímicas, o efecto fotovoltaico das radiacións ionizantes en radiación ultravioleta, a radiación X e a radiación gamma), a radiación electromagnética absorbida simplemente deposita a súa enerxía quentando o material. Isto ocorre para a radiación de infravermellos, microondas e ondas de radio. As ondas de radio intensas poden queimar termicamente o tecido vivo e poden cociñar os alimentos. Ademais dos láseres de infravermellos, os láseres suficientemente intensos de luz visíbel e ultravioleta poden queimar facilmente un papel.

A radiación ionizante crea electróns de alta velocidade nun material e rompe enlaces químicos, pero despois de que estes electróns choquen moitas veces con outros átomos, eventualmente a maior parte da enerxía convértese en enerxía térmica. Todo isto ocorre nunha pequena fracción de segundo. Este proceso fai que a radiación ionizante sexa moito máis perigosa por unidade de enerxía que a radiación non ionizante. Esta advertencia tamén se aplica á radiación UV, aínda que case toda ela non é ionizante, porque a UV pode danar as moléculas por excitación electrónica, que é moito maior por unidade de enerxía unitaria que os efectos de quecemento.

O proceso inverso, ou reversible no tempo, da absorción é a radiación térmica. Gran parte da enerxía térmica na materia consiste nun movemento aleatorio de partículas cargadas, e esta enerxía pode irradiarse fóra da materia. A radiación resultante pode ser posteriormente absorbida por outra peza de materia, coa enerxía depositada que quenta o material.

A radiación electromagnética nunha cavidade opaca no equilibrio térmico é efectivamente unha forma de enerxía térmica, cunha radiación de entropía máxima.

## Notas 
## Véxase tamén
### Outros artigos
*Campo electromagnético
*Ecuacións de Maxwell
*Espectro electromagnético
*Onda electromagnética