Transcripción de El Espectro Electromagnético
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8/17/2019 Transcripción de El Espectro Electromagnético
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Transcripción de El espectro electromagnético.-Generación de una onda electromagnética.- ProblemasEspectro Electromagnético
Infrarrojos: Son emitidos por los cuerpos calientes. Los transitos
energéticos implicados en rotaciones y vibraciones de las moléculascaen dentro de este rango de frecuencias. Los visores nocturnos
detectan la radiación emitida por los cuerpos a una temperatura de 37
.Sus frecuencias van desde !" !!#$ a %&!"!%#$. 'uestra piel también
detecta el calor y por lo tanto las radiaciones infrarrojas.
Lu$ visible: Incluye una franja estrec(a de frecuencias) los (umanos
tenemos unos sensores para detectarla * los ojos) retina) conos y
bastones+. Se originan en la aceleración de los electrones en los
tr,nsitos energéticos entre órbitas permitidas. Entre %&!"!%#$ y
-&!"!%#$
/u,les son las caracter0sticas del espectro electromagnético1
2ndas de radio: son las utili$adas en telecomunicaciones e incluyen las
ondas de radio y televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos
(ercios (asta mil millones de (ercios. Se originan en la oscilación de la
carga eléctrica en las antenas emisoras *dipolo radiantes+.
icroondas: Se utili$an en las comunicaciones del radar o la banda 4#5 *
4ltra #ig( 5recuency+ y en los (ornos de las cocinas. Su frecuencia va
desde los milmillones de (ercios (asta casi el billon.Se producen en
oscilaciones dentro de un aparato llamado magnetrón. El magnetrón es
una cavidad resonante formada por dos imanes de disco en lose6tremos) donde los electrones emitidos por un c,todo son acelerados
originado los campos electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de
microondas.
4ltravioleta: /omprende de -&!"!%#$ a !&!"!7#$. Son producidas por
saltos de electrones en ,tomos y molécualas e6citados. iene el rango
de energ0a 8ue interviene en las reacciones 8u0micas. El sol es una
fuente poderosa de 49 * rayos ultravioleta+ los cuales al interaccionar
con la atmósfera e6terior la ioni$an creando la ionosfera. Los ultravioletapuden destruir la vida y se emplean para esterili$ar. 'uestra piel detecta
la radiación ultravioleta y nuestro organismo se pone a fabricar melanina
para protegernos de la radiación. La capa de o$ono nos proteje de los
49.
;ayos #$. Son
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peligrosos para la vida: una e6posición prolongada produce cancer.
;ayos gamma: comprenden frecuencias mayores de !&!"!>#$. Se
origina en los procesos de estabili$ación en el n?cleo del ,tomo después
de emisiones radiactivas. Sus radiación es muy peligrosa para los seres
vivos.
ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas
eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada partícula genera
lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una mezcla de
un campo eléctrico con un campo magnético.
Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por
el aire e incluso por el vacío. maginemos que movemos de !orma oscilatoria
(de arriba a bajo) una partícula cargada eléctricamente (o magnéticamente)
como la de la !igura"
Como vemos se crea una perturbaci#n a su alrededor, que es lo que
llamamos una onda. Esta onda depende de la velocidad con la que movamos la
partícula (y !uerza), y de la amplitud o distancia entre el inicio y el !inal del
recorrido.
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Cambiando estos valores podemos cambiar el tama$o de la onda. La onda
generada tendr% la misma !orma pero m%s grande y&o con mas ondulaciones
por segundo.
'i la partícula tiene un componente eléctrico, pero también uno magnético
ya tenemos generada una radiaci#n electromagnética, con su onda
electromagnética. amos analizar la onda generada. ara medir una onda
tenemos * datos muy importantes como podemos ver en la siguiente !igura"
Longitud de +nda" istancia entre dos crestas.
Amplitud " Es la m%-ima perturbaci#n de la onda. La mitad de la distancia
entre la cresta y el valle.
Frecuencia" /mero de veces que se repite la onda por unidad de tiempo.
'i se usa el 0ertzio es el numero de veces que se repite la onda por cada
segundo.
1dem%s 2ay otros dos datos también interesantes"
Periodo" 3&!recuencia. Es la inversa de la !recuencia.
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elocidad" la velocidad de la onda depende del medio por el que se
propague (por donde viaje). si la onda viaja por el vaci# su velocidad es igual a
la de la luz *44.4445m&segundo. 'i se propaga por el aire cambia, pero es
pr%cticamente igual a la del vaci#.
6ueno ya tenemos nuestra onda viajando por el aire. ero..... resulta que
una onda electromagnética no se genera por una sola partícula, sino que son
dos partículas di!erentes, una eléctrica y otra magnética. 1dem%s su
movimiento es perpendicular, lo que 2ace la onda sea una mezcla de dos ondas
perpendiculares, una eléctrica y otra magnética. 1quí vemos en la !igura las
dos ondas generadas por las dos partículas a la vez. 7na moviéndose sobre el
eje 8 y la otra sobre el eje 9"
1quí puedes ver una animaci#n de la generaci#n de una onda
electromagnética. er%s como se mueven las partículas en cada eje y como
generan la onda" +nda Electromagnética
ero..!"Por #ué $on tan importante$ la$ onda$ electromagnética$%!
Pue$ #ue $on una &orma de tran$portar energ'a por el aire . o tiene
barreras.
odemos emitir una se$al desde un receptor (el punto donde se genera la
onda) y recibirla en un receptor (el punto donde cogemos la onda). Esta onda
puede contener in!ormaci#n, que primero, esta in!ormaci#n se deber% convertir
en una se$al en !orma de onda electromagnética, y una vez recibida por el
receptor, descodi!icarla y recibir la misma in!ormaci#n que se envi#. ((()a
podemo$ en*iar in&ormaci+n por el aire $in nece$idad de ca,le$ o
elemento$ &'$ico$---.
Las ondas electromagnéticas se usan para la radio, la televisi#n, internet,
etc. ero tenemos un problema. or el aire viajan muc2as ondas. "C+mo la$
http://www.walter-fendt.de/ph14s/emwave_s.htmhttp://www.walter-fendt.de/ph14s/emwave_s.htm
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di&erenciamo$% Pue$ por $u Frecuencia (recuerda numero de veces que se
repite la onda), pero es que adem%s a mayor !recuencia, menor longitud de la
onda.
iensa en una cuerda cuando la movemos (!recuencia con la que la
movemos), si la movemos muy lentamente creamos ondas muy anc2as(muc2a longitud de onda) pero si la movemos muy r%pido las ondas son mas
estrec2itas (poca longitud de onda) " :recuencia grande ; Longitud de onda
peque$a y :recuencia peque$a ; longitud de onda grande.
9a tenemos nuestras ondas di!erenciadas por su longitud de onda o por su
!recuencia. 'e 2a creado una escala para clasi!icarlas, por orden creciente de
longitudes de onda ( o decreciente por su !recuencia) llamada Espectro
Electromagnético. ependiendo de la onda pertenecer% a un espectro u a otro.
:íjate que lo medimos en 0ertzios,
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que 2ay est%n. Las antenas emiten y reciben estas se$ales, que primero se
codi!ican y al recibirlas se descodi!ican para recibir la in!ormaci#n que
transmitimos.
Ondas electromagnéticas, origen y
características.
Onda electromagnética (O.E.M.)
Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a
travésdel espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución enforma de
onda que admiten las ecuaciones de Maxwell.
A diferencia de las ondas mecánicas,las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin
necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto 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.
Lasondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad constante muy alta, pero no
infinita 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.
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Años luz: En un año la luz recorre 9,46 millones de millones de kilómetros:
9.460.000.000.000 Km = 9,46 x 1012 Km.
A esta distancia se le llama el año-luz y es muy útil para expresar las distancias entre cuerpos
estelares. Para viajar a la estrella más cercana (Alfa Centauro), la luz se demora 4,2 años, se dice
entonces que Alfa Centauro se encuentra a una distancia de 4,2 años-luz.
Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación decampos eléctricos ymagnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos
comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en
que estamos.
Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del
mundo actual.
Origen y formación
Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas
El campo eléctrico originado por lacarga acelerada depende de la distancia a la carga, la
aceleración de la carga y del seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la carga y a
la dirección al punto en que medimos el campo.
En la teoría ondulatoria, desarrollada por Huygens, una onda electromagnética, consiste en un
campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya
que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos
magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se auto
propaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose
continuamente. Estas O.E.M. son sinusoidales (Curva que representa gráficamente la función
trigonométrica seno), con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la
dirección de propagación .
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Características de la radiación E.M.
La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes,que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de
otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación
electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una
sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las
ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina
electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.
Los campos producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar las fuentes y viajar a
través del espacio (en el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y
cuarta ley de Maxwell.
Leyes de Maxwell
Ley de Gauss y nos dice que el flujo a través de una superficie cerrada es proporcional a la carga
encerrada.
Ley de Gauss para el magnetismo, implica que en la naturaleza NO existen campos magnéticos
de un polo (monopolos) , solo existen campos magnéticos de dos polos(dipolos), ya que en una
superficie cerrada el número de líneas de campo que entran equivale al número de líneas que
salen.
Ley de Faraday. Esta ley relaciona el flujo del campo magnético con el campo eléctrico, establece
que el rotacional del campo eléctrico inducido por un campo magnético variable es igual a menos la
derivada parcial del campo magnético con respecto al tiempo. La integral de circulación del campo
eléctrico es la variación del flujo magnético.
Ley de Ampère, generalizada por Maxwell. Establece la relación entre los campos eléctrico y
magnético, con corrientes eléctricas. Establece finalmente la forma en la que un campo eléctrico
variable puede generar un campo magnético y como consecuencia, una corriente eléctrica en un
circuito. Expresa cómo las líneas de un campo magnético rodean una superficie por la que, circula
una corriente o hay una variación del flujo eléctrico. La integral de circulación del campo eléctrico
es proporcional a la corriente y a la variación del flujo eléctrico.
Maxwell demostró que sus ecuaciones podían combinarse para dar lugar a una ecuación de ondas
que debían satisfacer los vectores y cuya velocidad en el vacío debía ser:
Lo que da un valor de 299.792.458 m/s.
Fenómenos asociados a la R.E.M.
Interacción entre radiación electromagnética y conductores:
Cuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce corriente alterna,
la radiación electromagnética se propaga en la misma frecuencia que la corriente.
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De forma similar, cuando una radiación electromagnética incide en un conductor eléctrico, hace que
los electrones de su superficie oscilen, generándose de esta forma una corriente alterna cuya
frecuencia es la misma que la de la radiación incidente. Este efecto se usa en las antenas, que
pueden actuar como emisores o receptores de radiación electromagnética.
Penetración de la R.E.M.
En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores.
Esta es la razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos
móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía no se
crea ni se destruye, cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder
dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de
microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como en un espejo).
Origen y propagación de las O.E.
Una carga eléctrica acelerada crea un campo eléctrico variable y, como explican las leyes de
Maxwell, los campos pueden abandonar la fuente que los produce y viajar por el espacio sin
soporte material.
Los campos no necesitan un medio deformable que vibre a su paso, lo único que vibra son los
valores de los campos E y B en cada lugar.
En efecto, un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable que, a su vez,
engendra otro eléctrico y así avanzan por el espacio.
Las ondas electromagnéticas, son ondas transversales en donde el campo eléctrico y el campo
magnético son perpendiculares entre sí, y a su vez perpendiculares a la dirección de propagación.
No necesitan por tanto soporte material para su propagación haciéndolo incluso a través del vacío.
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Como se aprecia en la ilustración, el campo eléctrico y el campo magnético están en fase,
alcanzando valores máximos y valores mínimos al mismo tiempo.
Recuerda además que estos dos campos no son independientes, ya que sus valores instantáneos
están relacionados entre sí por la expresión E=c.B
Expresión en la que c es la velocidad de propagación de la luz.
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Propiedades de las ondas electromagnéticas
Para su propagación, las O.E.M. no requieren de un medio material específico. Así, estas ondas
pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las
estrellas.
Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas sedesplazan en el vacío a la velocidad de la luz (c = 299.792 km/s.), hasta que su energía se agota.
A medida que la frecuencia se incrementa, la energía de la onda también aumenta. Todas las
radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento
ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonésimas de
metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas
electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λ.f=c son importantes para determinar su
energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características.
Características principales de las ondas electromagnéticas
Las tres características principales de las ondas que constituyen el espectro electromagnético son:
Frecuencia (f)
Longitud ( )
Amplitud (A)
Frecuencia
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La frecuencia de una onda responde a un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número
determinado de veces durante un segundo de tiempo, tal como se puede observar en la siguiente
ilustración:
A.- Onda senoidal de un ciclo o hertz (Hz) por segundo.
B.- Onda senoidal de 10 ciclos o hertz por segundo.
La frecuencia de esas ondas del espectro electromagnético se representan con la letra (f) y su
unidad de medida es el ciclo o Hertz (Hz) por segundo. Otras unidades de frecuencias muyutilizadas (en otros ámbitos) son las "revoluciones por minuto" (RPM) y los "radianes por segundo"
(rad/s).
La frecuencia y el periodo están relacionados de la siguiente manera:
T.- Período: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles por un
mismo punto, o para completar un ciclo.
V.-Velocidad de propagación: Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el
caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están relacionados por las siguientes
ecuaciones:
En donde:
C = Velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg).
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= Longitud de onda en metros.
v = Velocidad de propagación.
T = Periodo.
Longitud
Las ondas del espectro electromagnético se propagan por el espacio de forma similar a como lo
hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partir del
punto donde cae la piedra y extendiéndose hasta la orilla.
Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan ondas similares a las radiaciones
propias del espectro electromagnético.
Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro
electromagnético poseen picos o crestas, así como valles o vientres. La distancia horizontal
existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o también el doble de la distancia
existente entre un nodo y otro de la onda electromagnética, constituye lo que se denomina “longitud
de onda”.
P.- Pico o cresta: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del espectro
electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida
que la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0".
V.- Valle o vientre: valor máximo de signo negativo (–) que toma la onda senoidal del espectroelectromagnético, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto “0”. El valor de los
valles aumenta o disminuye a medida que la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece
negativamente por debajo del valor "0".
N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.
La longitud de una onda del espectro electromagnético se representa por medio de la letra griega
lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente fórmula matemática:
De donde:
= Longitud de onda en metros.
c = Velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/seg).
f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).
Amplitud
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La amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto
de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al
pasar, se conoce como “nodo” o “cero”.
De acuerdo su longitud de onda, las O.E.M. pueden ser agrupadas en rango de frecuencia. Este
ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las
ondas.
Tipos de ondas electromagnéticas
• Rayos Gamma
• Rayos X
• Rayos UVA
• Luz visible
• Radiación infrarroja
• Radiación microondas
• Ondas de radio
Rayos gamma
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#rayosgammahttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#rayosxhttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#uvahttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#visiblehttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#infrarojohttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#microondashttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#radiohttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#rayosgammahttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#rayosxhttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#uvahttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#visiblehttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#infrarojohttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#microondashttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.html#radio
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Su longitud de onda lambda! " #$% Ao& donde % AoArmstrong! es igual a %# '%#m$
Se originan en las desintegraciones nucleares (ue emiten radiación
gamma$ Son muy )enetrantes y muy energ*ticas$
Rayos X
Se )roducen )or oscilaciones de los electrones )ró+imos a los n,cleos$
#$%Ao " lambda " -# Ao
Son muy energ*ticos y )enetrantes& da.inos )ara los organismos vivos& )ero se
utilizan de forma controlada )ara los diagnósticos m*dicos$
Rayos X
Rayos UVA
Se )roducen )or saltos electrónicos entre /tomos y mol*culas e+citados$
-#Ao " lambda " 0### Ao
1l Sol es emisor de rayos ultravioleta& (ue son los res)onsables del bronceado de
la )iel$ 1s absorvida )or la ca)a de ozono& y si se recibe en dosis muy grandes
)uede ser )eligrosa ya (ue im)iden la división celular& destruyen
microorganismos y )roducen (uemaduras y )igmentación de la )iel$
Luz visible
1s la )e(ue.a )arte del es)ectro electromagn*tico a la (ue es sensible el ojo
2umano$
0## nm " lambda " 34# nm
Se )roducen )or saltos electrónicos entre niveles atómicos y moleculares$ Laslongitudes de onda u(e corres)onden a los colores b/sicos son5
RO6O 7e 89## a 34## Ao
:ARA:6A 7e 4;## a 89## Ao
A
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V1R71 7e 0;## a 43## Ao
A>UL 7e 0-## a 0;## Ao
V=OL1?A 7e 0### a 0-## Ao
Radiación infrarroja
1s emitida )or cuer)os calientes y son debidas a
vibraciones de los /tomos$
%# '-m " lambda " %#'3m
La fotograf@a infrarroja tiene grandes a)licaciones&5en
la industria te+til se utiliza )ara identificar colorantes&
en la detección de falsificaciones de obras de arte& en
telemandos& estudios de aislantes t*rmicos& etc$ 1n la foto se observa la fotografia
en infrarojos de una mano5
Radiación de microondas
Son )roducidas )or vibraciones de mol*culas$
#$% mm " lambda " % m
Se utilizan en radioastronomia y en 2ornos el*ctricos$ 1sta ,ltima a)licación es lam/s conocida 2oy en d@a y en muc2os 2ogares se usan los microondas$ 1stos
2ornos calientan los alimentos generando ondas microondas (ue en realidad
calientan selectivamente el agua$ la mayor@a de los alimentos& incluso los secos
contienen agua$ Las microondas 2acen (ue las mol*culas de agua se muevan&
vibran& este movimiento )roduce fricción y esta fricción el calentamiento$ As@ no
sólo se calienta la comida& otras cosas &como los reci)ientes& )ueden calentarse al
estar en contacto con los alimentos$
ndas de radio
Son ondas electromagn*ticas )roducidas )or el 2ombre con un circuito oscilante$
% cm " lambda " % Bm
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