DIFRACCIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

5/8/2018 DIFRACCIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS - slidepdf.com

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DIFRACCIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

1.-INTRODUCCION.

El uso de los rayos X como medio auxiliar para el diagnóstico médico abarcó

pronto el mundo entero. Entre las primeras y más obvias aplicaciones estaban las

de localizar desde las balas en la pierna de un soldado hasta objetos ingeridos

por niños. Posteriormente, a medida que la naturaleza de los rayos X se conoció

y se comprendió mejor, fue posible fotografiar con ellos los tumores que no

podían localizarse mediante ningún otro medio, así como con su ayuda llevar un

registro del metabolismo del cuerpo humano y utilizarlos en infinidad de otras

formas como un nuevo instrumento médico.

Pasó un tiempo antes de que ese instrumento fuera comprendido adecuadamente.

Pero más tarde se advirtió que los rayos X se producían cuando los electronesque formaban la corriente de electricidad del cátodo en el tubo se detenían de

pronto al entrar en contacto con el metal del ánodo. Cuando esto sucedía, los

electrones cedían parte de su energía en rayos X, de modo muy parecido a la

manera en que una bala detenida por un muro cederá su energía en rayos

infrarrojos que se reconocen como calor. Se encontró que al aumentar el voltaje

aplicado al tubo los rayos X resultantes tenían mayor poder de penetración; y

experimentos posteriores demostraron también que a mayor poder de

penetración de los rayos, mayor frecuencia.

2.- ¿QUE ES DIFRACCION?



Es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las

ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre

en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas

electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo

de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz

angosto de ondas de luz de un láserdeben finalmente divergir en un rayo más amplio auna cierta distancia del emisor.

Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble

rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

Un valor típico de distancia interatómica es 0,3 nm. La radiación más utilizada

para estos efectos son los rayos X. Los rayos X son ondas electromagnéticas (de la

misma naturaleza que la luz visible) con longitudes de onda entre 0,05 a 0,25 nm. Como

los rayos X se pueden obtener de las transiciones electrónicas de los espectros de

emisión de los elementos, entonces, fácilmente podemos tener longitudes de onda

calibradas.

En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las

distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de

rayos X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La

difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.

Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible

observar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de la

mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción

ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

Como curiosidad, esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y

fue una de las pruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por

James Watson y Francis Crick en 1953.

2.1.-ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO



Es el con j nto de ondas elect omagnéticas. Van desde las de menor longit d de onda y

por lo tanto mayor frecuencia y energía, como son los rayos cósmicos, rayos gamma, y

rayos X, pasando por la luz ultravioleta, luz visi le (que en realidad ocupa una estrecha

fran ja del espectro electromagnético), infrarro ja, hasta las ondas electromagnéticas de

mayor longitud de onda y menor energía como son las ondas de radio.

La tabla muestra longitudes de onda , frecuencia y energía

L ngitn

c nci En gí

R ayos gamma < 10 pm >30.0 EHz >19.9E-15

J

R ayos X < 10 nm >30.0 PHz >19.9E-18

J

Ultravioleta Extremo < 200 nm >1.5 PHz >993E-21

J

Ultravioleta Cercano < 380 nm >789 THz >523E-21

J

Luz Visi ble < 780 nm >384 THz >255E-21

J

Infrarro jo Cercano < 2.5 um >120 THz >79.5E-21

J

Infrarro jo Medio < 50 um >6.00 THz >3.98E-21

J

Infrarro jo

Le jano/submilimetr ico

< 1 mm >300 GHz >199E-24

J

Microondas < 30 cm >1.0 GHz >1.99e-24J

Ultra Alta Frecuencia

R adio

<1 m >300 MHz >1.99e-25

J

Muy Alta Frecuencia R adio <10 m >30 MHz >2.05e-26



J

Onda cor ta R adio <180 m >1.7 MHz >1.13e-27

J

Onda Media(AM) R adio <650 m >650 kHz >4.31e-28

J

Onda Larga R adio <10 km >30 kHz >1.98e-29

J

Muy Ba ja Frecuencia R adio >10 km <30 kHz <1.99e-29

J

El espectro electromagnético es el con junto de ondas electromagnéticas que existen en

el universo ordenadas en función de sus frecuencias o longitudes de onda, o lo que es lo

mismo, de la energía que transpor tan.

Los ob jetos celestes, apar te de los cuerpos del Sistema Solar, est n tan le jos que la luz

que emiten es en la práctica el único medio que tenemos para estudiar los y entender su

naturaleza. Uno de los descubr imientos fundamentales de la f ísica del siglo XX fué que

la luz tiene una naturaleza dual: a veces se compor ta como ondas y a veces como

par tículas, llamadas fotones. Algunos fenómenos pueden interpretarse en base al

modelo ondulator io de la luz, y en otras situaciones debe enfocarse el problema desde

pensando en la luz como un con junto de fotones.

La ciencia encargada del análisis de los espectros se llama espectroscopía.

Una onda electromagnética consiste de campos eléctr icos y magnéticos oscilantes. Estos

campos se propagan en el vacío con una velocidad constante c = 300 000 km/s. Este

valor es una constante fundamental de la naturaleza y uno de los pilares en que se

sustenta la Física moderna, en especial la Teor ía de la R elatividad.

2.2.-ONDAS ELE T OMAGNÉT AS

Son aquellas ondas que no necesitan un medio mater ial para propagarse. Incluyen, entre

otras, la luz visi ble y las ondas de radio, televisión y telefonía.Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s)

pero no inf inita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella le jana

hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un

suceso que ocurre a miles de k ilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctr icos

y magnéticos. 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

El campo E originado por la carga 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 lacarga y al dirección al punto en que medimos el campo ). U(sen

Un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable y este a su vez uno

eléctrico, de esta forma las O.E.M. se propagan en el vacío sin soporte material

2.3.- CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Reflexió .

Así como las ondas del espectro visible son reflejadas por superficies como el agua o

los espejos, las ondas de radio también los son. El principio de reflexión es el que a

permitido el diseño y construcción de antenas parabólicas que reflejan y concentran laluz en un solo punto para que pueda ser captado por un receptor.

¡ Refra ió .

Es la desviación de las ondas cuando ellas pasan a través de un medio transparente. Las

diferentes sustancias tienen diferentes índices de refracción

Ej. el vacío es 1 y el agua 1.3

¢ I erfere ia.

Cuando dos ondas de la misma frecuencia y dirección se encuentran la onda resultanteserá la suma de ambas, a esto se le denomina I nterferencia Constructiva. Cuando dos

ondas tienen la misma amplitud y están fuera de fase 180 grados -es decir el pico de una

coincide con el valle de otra - las dos ondas se cancelan a esto se le denomina

I nterferencia Destructiva.

£ Difra ió .



Cuando una onda electromagnética pasa por un obstáculo en el espacio la onda es

desviada alrededor del objeto.

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