A onda electromagnética é un modelo utilizado para representar a radiación electromagnética.
Convén distinguir ben a radiación electromagnética, que é o fenómeno estudado, e a onda electromagnética, que é unha das representacións do fenómeno. Outra representación ten en conta a existencia do fotón.
Son exemplos de ondas electromagnéticas as ondas de radio, as microondas, a radiación de calor, os raios X, a radiación gamma e a luz. Esta última, a onda luminosa, é unha onda electromagnética na que a lonxitude de onda corresponde ao espectro visíbel, comprendido entre as lonxitudes de onda de 400 e 750 nm, correspondentes ás enerxías de fotón de 1,5 a 3 eV.
A teoría ondulatoria da luz foi desenvolvida principalmente por Christiaan Huygens na segunda metade do século XVII, e posteriormente por Augustin Fresnel a comezos do XIX. Esta teoría oponse á teoría corpuscular, defendida principalmente por Isaac Newton. Huygens traballou principalmente nas leis de reflexión e da refración, Fresnel desenvolveu especialmente as nocións de interferencia e de lonxitude de onda. A concepción da luz como unha ondulación incita aos físicos a imaxinar un medio de propagación, o éter.
O grande avance teórico levouno a cabo James Clerk Maxwell ao sintetizar as leis do electromagnetismo nas súas ecuacións, as cales predicían a existencia de ondas electromagnéticas, e a súa velocidade, e permitían a hipótese de que a luz é unha onda electromagnética.
As ondas de radio, con baixa frecuencia e gran lonxitude de onda, foron descubertas a finais do século XIX fundamentalmente grazas aos traballos de Alexander Popov, Heinrich Hertz, Édouard Branly e de Nikola Tesla. O raios X, de alta frecuencia e débil lonxitude de onda, foron descubertos por Wilhelm Röntgen en 1895.
O problema da radiación de corpo negro foi resolto por Max Planck en 1901 introducindo unha constante e descontinuidades, explicadas por Albert Einstein en 1905 nos seus traballos sobre o efecto fotoeléctrico, onde propón a existencia dun quantum enerxético. Este quantum é a premisa do modelo do fotón, síntese das aproximacións das teorías ondulatoria e corpuscular da luz, proporcionando a idea dunha xeneralización a toda a materia: a mecánica cuántica.
As ondas electromagnéticas (perturbacións dos campos eléctrico e magnético) son producidas por partículas cargadas aceleradas.
Como todas as ondas, unha onda electromagnética pode analizarse utilizando a análise espectral. Pódese descompoñer a onda en ondas chamadas «monocromáticas».
Unha onda electromagnética monocromática pode modelizarse por un dipolo electrostático vibrante. Este modelo reflicte axeitadamente, por exemplo, as oscilacións da nube electrónica dun átomo intervenientes na dispersión de Rayleigh (modelo do electrón elasticamente ligado).
As variacións dos campos eléctrico e magnético están relacionadas polas ecuacións de Maxwell. Pódese, xa que logo, representar a onda por un só destes campos, en xeral o campo eléctrico.
Logo é posíbel escribir a ecuación xeral dunha onda plana monocromática:
onde:
Frecuentemente, úsase tamén a forma complexa :
Obteranse entón as cantidades físicas, reais, tomando a parte real desta forma complexa.
A polarización corresponde á dirección e á amplitude do campo eléctrico . Para unha onda non polarizada, ou natural, xira arredor do seu eixe de forma aleatoria e imprevisíbel ao longo do tempo. Polarizar unha onda corresponde a darlle unha traxectoria definida ao campo eléctrico. Existen varias clases de polarización:
A noción de onda electromagnética compleméntase coa de fotón. De feito, a onda proporciona unha descrición máis precisa da radiación para baixas frecuencias (é dicir, para as lonxitudes de onda longas), como as ondas de radio.
A onda electromagnética representa dúas cousas:
Cando o fluxo de enerxía é grande en comparación coa enerxía dos fotóns, pódese considerar que hai un fluxo case continuo de fotóns, e os dous conceptos se sobrepoñen. Isto xa non é certo cando o fluxo de enerxía é baixo (os fotóns son enviados un a un), o concepto de "variación macroscópica" (media) deixa de ter sentido.
O fluxo de enerxía vén dado polo vector de Poynting. Cada fotón «transporta» unha cantidade de enerxía determinada, cuxo valor e E = h·ν, sendo h a constante de Planck e ν a frecuencia. Pódese calcular desta maneira o fluxo de fotóns a través dunha superficie.
as cargas non poden propagarse se non están animadas por un movemento acelerado. Este resultado deriva igualmente do principio da relatividade, xa que pode levar unha carga animada dun movemento uniforme a un referencial de inercia en relación ao cal está en repouso; sabemos que as cargas en repouso non irradian.
Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Onda electromagnética |