En física, se denomina espectro electromagnético al conjunto de todos los tipos de radiación que se desplazan en ondas, es decir, al conjunto de todas las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia, de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. thumb|450px|Diagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisión de cuerpo negro.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la radiación ultravioleta, la luz visible y la radiación infrarroja, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Si bien el límite para la longitud de onda más pequeña posible no sería la longitud de Planck (porque el tiempo característico de cada modalidad de interacción es unas 1020 veces mayor al instante de Planck y, en la presente etapa cosmológica, ninguna de ellas podría oscilar con la frecuencia necesaria para alcanzar aquella longitud de onda), se cree que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Rango energético del espectro
El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hz y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas. Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×1027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.
La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:
, o lo que es lo mismo
, o lo que es lo mismo
Donde (velocidad de la luz) y es la constante de Planck, .
Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energía mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.
Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible–, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiación electromagnética puede dividirse en octavas.Asimov, Isaac. Isaac Asimov's Book of Facts. Hastingshouse/Daytrips Publ., 1992. Página 389.
La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético que el rango visible de 400 a 700 nm. Un espectrómetro de laboratorio común y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500nm.
Bandas del espectro electromagnético
Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.
Región Longitud de onda (m) Frecuencia (Hz) Energía (J) Rayos gamma < 10x10−12m > 30,0x1018Hz > 20·10−15 J Rayos X < 10x10−9m > 30,0x1015Hz > 20·10−18 J Ultravioleta extremo < 200x10−9m > 1,5x1015Hz > 993·10−21 J Ultravioleta cercano < 380x10−9m > 7,89x1014Hz > 523·10−21 J Espectro Visible < 700x10−9m > 384x1012Hz > 255·10−21 J Infrarrojo cercano < 2,5x10−6m > 120x1012Hz > 79·10−21 J Infrarrojo medio < 50x10−6m > 6,00x1012Hz > 4·10−21 J Infrarrojo lejano/submilimétrico < 1x10−3m > 300x109Hz > 200·10−24 J Microondas < 10−2m > 3x108Hz > 2·10−24 J Ultra Alta Frecuencia-Radio < 1 m > 300x106Hz > 19.8·10−26 J Muy Alta Frecuencia-Radio < 10 m > 30x106Hz > 19.8·10−28 J Onda Corta - Radio < 180 m > 1,7x106Hz > 11.22·10−28 J Onda Media - Radio < 650 m > 650x103Hz > 42.9·10−29 J Onda Larga - Radio < 10x103m > 30x103Hz > 19.8·10−30 J Muy Baja Frecuencia - Radio > 10x103m < 30x103Hz < 19.8·10−30 J
Radiofrecuencia
En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:
Nombre Abreviatura inglesa Banda UIT Frecuencias Longitud de onda Frecuencia tremendamente baja TLF No aplica Inferior a > Extrabaja frecuencia ELF 1 Superbaja frecuencia SLF 2 Ultrabaja frecuencia ULF 3 Muy baja frecuencia VLF 4 Baja frecuencia LF 5 Media frecuencia MF 6 Alta frecuencia HF 7 Muy alta frecuencia VHF 8 Ultraalta frecuencia UHF 9 Superalta frecuencia SHF 10 Extraalta frecuencia EHF 11 Frecuencia tremendamente alta THF 12? Por encima de los 300 GHz <
Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas; sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación. Frecuencias menores no han sido detectadas o hasta ahora (y tal vez nunca) no se pueden usar(estas son las TLF)
Frecuencias superbajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 Hz a 300Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico.
Frecuencias ultrabajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 Hz a 3000Hz (3 kHz). Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana.
Frecuencias muy bajas: VLF (Very Low Frequencies). Se pueden incluir aquí las frecuencias de 3 kHz a 30kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares.
Frecuencias bajas: LF (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 kHz a 300kHz. Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación aeronáutica y marina.
Frecuencias medias: MF (Medium Frequencies), están en el intervalo de 300 kHz a 3000kHz (3 MHz). Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 kHz a 1605kHz).
Frecuencias altas: HF (High Frequencies), son aquellas contenidas en el rango de 3 MHz a 30MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro.
Frecuencias muy altas: VHF (Very High Frequencies), van de 30 MHz a 300MHz. Es un rango popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 MHz a 108MHz) y los canales de televisión del 2 al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hay varias bandas de radioaficionados en este rango.
Frecuencias ultraaltas: UHF (Ultra High Frequencies), abarcan de 300 MHz a 3000MHz (3 GHz), incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.
Frecuencias superaltas: SHF (Super High Frequencies), son aquellas entre 3 GHz y 30GHz y son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB.
Frecuencias extremadamente altas: EHF (Extremely High Frequencies), se extienden de 30 GHz a 300GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy difundidos aún(También se incluyen las redes 5g de alta velocidad y el internet de las cosas).
Frecuencias tremendamente altas: THF (Tremendously High Frequencies), se extienden de 300 GHz a másGHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales hasta la fecha son experimentales .Se podría usar para telecomunicaciones a corta distancia .Este sería la última frecuencia usable Existen otras formas de clasificar las ondas de radiofrecuencia.
Microondas
La definición del espectro de microondas depende de la fuente. Varios autores consideran que las microondas abarcan las frecuencias entre 300 MHz y 300 GHz, pero los estándares IEC 60050 e IEEE 100 sitúan el espectro entre 1 GHz y 300GHz. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como múltiples dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos microondas.
+ Bandas de frecuencia de microondasBandaPLSCXKuKKaQUVEWFDInicio (GHZ)0,21248121826,5304050607590110Final (GHZ)1248121826,54050607590110140170
Infrarrojo
Las ondas infrarrojas están en el rango de 0,7 a 1000 micrómetros. La radiación infrarroja se asocia generalmente con el calor. Ellas son producidas por cuerpos que generan calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos láseres.
Las señales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas y otros cuerpos en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor. En últimas fechas se ha estado implementando conexiones de área local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estándares de comunicación estas conexiones han perdido su versatilidad.
Espectro visible
800px|center|thumb|Espectro electromagnético.
+ Espectro visible center|200px|sRGB rendering of the spectrum of visible lightColorLongitud de ondaVioleta380–450 nmazul450–495 nmverde495–570 nmamarillo570–590 nmnaranja590–620 nmrojo620–750 nm