Clase 4 · Radiación
El espectro electromagnético
SimbólicoMacroscópico
Idea central. La luz visible es una franja angosta de una familia mucho más grande de radiaciones que se ordenan por longitud de onda y energía.
Qué necesitás traer
- No hace falta traer nada de clases anteriores.
Esta clase abre el módulo de radiación. Vamos a usar una sola idea nueva: la longitud de onda, que es la distancia entre dos crestas de una onda (NASA Science, Anatomy of an Electromagnetic Wave).
Desarrollo
Tres experiencias con algo que no se ve
| Experiencia | Qué notás | Qué radiación interviene |
|---|---|---|
| Un día de playa sin protector | Horas después, la piel quemada | Ultravioleta (UVB) |
| Mirar un objeto rojo y uno azul | Colores distintos | Luz visible |
| Apretar el control remoto de la tele | Nada a simple vista, pero la tele cambia de canal | Infrarrojo, a unos 940 nm |
Fuentes: OMS, Radiation: Ultraviolet (UV) (UVB y quemadura); NASA Science, Infrared Waves (control remoto a 940 nm).
Las tres son el mismo tipo de cosa: radiación electromagnética, energía que viaja como onda y que no necesita un medio para propagarse, así que puede atravesar el espacio vacío (NASA Science, Anatomy of an Electromagnetic Wave). Lo que las distingue es su longitud de onda.
La escala del espectro
Si se ordenan las radiaciones de mayor a menor longitud de onda, la energía va en sentido contrario: «la energía aumenta a medida que la longitud de onda se acorta» (NASA). Escrito con símbolos, donde $\lambda$ (lambda) es la longitud de onda y $E$ la energía:
$$\lambda \text{ más corta} \;\Longrightarrow\; E \text{ mayor}$$
Las unidades cambian según la región, porque las longitudes van de kilómetros a fracciones de nanómetro:
$$1\ \mathrm{m} = 10^{6}\ \mu\mathrm{m} = 10^{9}\ \mathrm{nm}$$
Las regiones, una por una
| Región | Longitud de onda | Energía comparada con la luz visible | Ejemplo cotidiano | Qué le hace a la materia |
|---|---|---|---|---|
| Radio | de $1\ \mathrm{cm}$ a $1\ \mathrm{km}$ | Mucho menor | La radio | Dato a completar |
| Microondas | límite no especificado; el horno usa unos $12\ \mathrm{cm}$ | Menor | Horno de microondas | Hacen rotar moléculas de agua y grasa, y la comida se calienta |
| Infrarrojo | de $1$ a $100\ \mu\mathrm{m}$ (la Tierra emite entre $8$ y $15\ \mu\mathrm{m}$) | Menor | Control remoto; la estufa | Parte se percibe como calor al absorberse |
| Visible | de $380$ a $700\ \mathrm{nm}$ | — | Los colores | Es la que detecta el ojo |
| Ultravioleta | de $100$ a $400\ \mathrm{nm}$ | Mayor | Quemadura de sol | Puede dañar el ADN y quemar la piel |
| Rayos X | de $0{,}03$ a $3\ \mathrm{nm}$ | Mucho mayor | Radiografía | Atraviesan la piel; los huesos los absorben más |
| Rayos gamma | las más cortas (sin número en la fuente) | La mayor de todas | Desintegración radiactiva | Dato a completar |
Dos detalles para mirar con atención, porque las fuentes no coinciden del todo:
- Entre $380$ y $400\ \mathrm{nm}$ la NASA habla de luz visible y la OMS de ultravioleta: los límites entre regiones no son cortes exactos.
- El control remoto emite a $940\ \mathrm{nm}$, que la NASA llama infrarrojo, aunque el rango de NASA Imagine para el infrarrojo empieza en $1\ \mu\mathrm{m} = 1000\ \mathrm{nm}$.
Radiación no es calor
Mucha gente dice «el infrarrojo es el calor». Son dos cosas distintas:
| Radiación infrarroja | Calor | |
|---|---|---|
| Qué es | Energía que viaja como onda electromagnética | Energía que se transfiere de un cuerpo a otro que está a menor temperatura |
| ¿Necesita un medio? | No: atraviesa el vacío | Depende de cómo se transfiera |
| Ejemplo que los separa | El control remoto emite infrarrojo y no está caliente al tacto | Tocar una olla caliente te transfiere calor por contacto |
Un cuerpo puede emitir infrarrojo sin estar caliente al tacto: vos mismo emitís infrarrojo (NASA Science, Infrared Waves). Y sentir calor no es lo mismo que recibir infrarrojo: parte del infrarrojo que absorbés se percibe como calor, pero el calor también llega por contacto. El infrarrojo es una forma de transportar energía; el calor es una transferencia de energía entre cuerpos a distinta temperatura.
Ultravioleta e infrarrojo no son lo mismo
Los dos son invisibles, pero están en lados opuestos del visible. El ozono y otros gases de la atmósfera absorben todo el UVC y la mayor parte del UVB (OMS). Eso no tiene nada que ver con el infrarrojo que emite la Tierra, que se trabaja en las clases 5 y 6. Guardá esta distinción: «el agujero de ozono» y «el efecto invernadero» hablan de dos radiaciones distintas.
Exploración
Antes de tocar: ¿el ultravioleta está a la izquierda o a la derecha del visible en el deslizador? Anotalo y comprobalo.
Fuentes del simulador: NASA Imagine the Universe, The Electromagnetic Spectrum; NASA Science, Visible Light, Infrared Waves, Microwaves, X-rays y Gamma Rays; OMS, Radiation: Ultraviolet (UV). Las zonas rayadas son límites que las fuentes no especifican.
Para cerrar: buscá los 940 nm del control remoto. ¿Por qué el simulador te avisa que ahí el límite no está especificado?
Láminas para descargar
Radiación no es calor
Actividades
1. Del número al efecto
Para cada longitud de onda, decí a qué región pertenece, qué efecto observable produce y por qué. Usá la tabla de regiones.
- $\lambda = 300\ \mathrm{nm}$
- $\lambda = 550\ \mathrm{nm}$
- $\lambda = 10\ \mu\mathrm{m}$
- $\lambda = 1\ \mathrm{nm}$
2. Dos invisibles distintos
Afirmación a defender: el ultravioleta y el infrarrojo no producen el mismo daño ni el mismo efecto, aunque los dos sean invisibles.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación: leela aunque hayas acertado.
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