miniatura|esquerda|250px|As ondas electromagnéticas que compoñen a radiación electromagnética poden imaxinarse como ondas oscilatorias transversais autopropagábeis dos campos eléctrico e magnético. Este diagrama mostra unha onda plana de radiación electromagnética linearmente polarizada propagándose de esquerda a dereita. O campo eléctrico está no plano vertical e o campo magnético no plano horizontal. Os dous campos están sempre en fase cunha razón constante entre as súas intensidades. A radiación electromagnética é unha combinación de campos eléctricos e magnéticos oscilantes e perpendiculares entre si que se propagan a través do espazo transportando enerxía dun lugar a outro. A luz visíbel é unha das partes da radiación electromagnética. A diferenza doutros tipos de onda, como o son, que necesitan dun medio material para propagarse, a radiación electromagnética pódese propagar no baleiro. No século XIX pensábase que existía unha substancia indetectable chamada éter que ocupaba o baleiro e servía de medio de propagación das ondas electromagnéticas. James Clerk Maxwell desenvolveu as súas ecuacións das que se desprende que un campo eléctrico variante no tempo xera un campo magnético e viceversa, a variación temporal do campo magnético xera un campo eléctrico. Pódese visualizar a radiación electromagnética como dous campos que se xeran mutuamente, por iso non necesitan ningún medio material para propagarse. As ecuacións de Maxwell tamén predín a velocidade de propagación no baleiro (que se representa c e ten un valor de 299.792,458 km/s), e a súa dirección de propagación (perpendicular ás oscilacións do campo eléctrico e magnético, que á súa vez son perpendiculares entre si). Heinrich Rudolf Hertz demostrouno experimentalmente en 1888.
O estudo teórico da radiación electromagnética denomínase electrodinámica e é un subcampo do electromagnetismo.
Dependendo do fenómeno estudado, a radiación electromagnética pódese considerar, no canto de como unha serie ondas, como un chorro de partículas, chamadas fotóns. Esta dualidade onda-corpúsculo fai que cada fotón teña unha enerxía proporcional á frecuencia da onda asociada, dada pola relación de Planck: , onde E é a enerxía do fotón, h é a Constante de Planck e é a frecuencia da onda.
Así mesmo, considerando a radiación electromagnética como onda, a lonxitude de onda e a frecuencia de oscilación están relacionadas por unha constante, a velocidade da luz no medio (c no baleiro):
A maior lonxitude de onda menor frecuencia (e menor enerxía segundo a relación de Plank).
Historia do descubrimento
As radiacións electromagnéticas con lonxitudes de onda distintas ás da luz visíbel, foron descubertas nos comezos do século XIX. O descubrimento dos raios infravermellos débese ao astrónomo William Herschel, quen publicou os seus resultados en 1800 para a Royal Society de Londres. Herschel usou un prisma triangular de cristal para refractar a luz solar e detectar coa axuda dun termómetro, un aumento da temperatura máis alá da parte vermella do espectro. Atribuíu este fenómeno á existencia duns "raios caloríficos" invisíbeis que máis tarde serían denominados raios infravermellos.
En 1801, o físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubriu os raios ultravioleta nun experimento similar ao de Hershel, usando tamén un prisma triangular polo que fixo pasar a luz solar; ao dispersarse esta, observou que raios invisíbeis próximos ao bordo ultravioleta do espectro solar escurecían preparados de cloruro de prata máis rapidamente do que o facían nas proximidades da luz violeta. O experimento de Ritter foi un precursor temperán da fotografía. Ritter decatouse que os raios ultravioleta (que foron chamados inicialmente "raios químicos") eran capaces de causar reaccións químicas.
miniatura|240px|Retrato de James Clerk Maxwell, cuxas ecuacións permitiron o avance no estudo da radiación electromagnética. Entre 1862 e 1864, James Clerk Maxwell desenvolveu as súas ecuacións para o campo electromagnético, as cales suxerían que as ondas no campo trasladaríanse a unha velocidade que estaba moi próxima á coñecida velocidade da luz. Xa que logo, Maxwell fixo a suxestión de que a luz visíbel e, por inferencia, tamén os invisíbeis raios infravermellos e ultravioleta, consistían en perturbacións (ou radiacións) que se propagaban no campo electromagnético.
As ondas de radio foron producidas deliberadamente por primeira vez en 1887 por Heinrich Hertz usando circuítos eléctricos calculados para producir cargas oscilantes e correntes que suxerían as ecuacións de Maxwell. Hertz tamén desenvolveu métodos para detectar esas ondas, e produciu e caracterizou as que máis tarde serían chamadas microondas.
Wilhelm Röntgen descubriu e deulle nome aos raios X. O 8 de novembro de 1895despois de estar experimentando con altas voltaxes aplicadas a un tubo de baleiro, observou unha fluorescencia nun prato próximo de vidro revestido. Nun mes descubriu as propiedades máis importantes dos raios X.
O último tramo do espectro electromagnético en ser descuberto está asociado coa radioactividade.Henri Becquerel achou que, dun xeito similar ao que facían os raios X, sales de uranio causaban unha especie de néboa nunha placa fotográfica non exposta directamente, a través dun papel que a cubría; e Marie Curie deuse conta que só certos elementos producían estes raios de enerxía, descubrindo pronto a intensa radiación do radio. En 1899, a través da simple experimentación, Ernest Rutherford diferenciou a radiación da pechblenda entre raios alfa e raios beta, probando así a existencia deste tipo de radiación de partículas cargadas. Porén, en 1900, o científico francés Paul Villard descubriu outro tipo de radiación do radio con carga neutra e especialmente penetrante e, despois de que a describira, Rutherford deuse conta que tiña que ser un terceiro tipo de radiación que denominou raios gamma en 1903. En 1910, o físico William Henry Bragg demostrou que os raios gamma son radiación electromagnética, non partículas, e en 1914 Rutherford e Edward Andrade mediron a súa lonxitude de onda, encontrando que era similar á dos raios X pero máis curta e, xa que logo, con máis alta frecuencia, aínda que un 'cruzamento' entre os raios X e os gamma permite que os raios X sexan máis longos (e, polo tanto, a lonxitude de onda máis curta) que os raios gamma e viceversa. A orixe do raio diferénciaos, os raios gamma tenden a ser un fenómeno natural orixinado no núcleo inestable dun átomo e os raios X son xerados eléctricamente (e, polo tanto, artificiais) a menos que sexan un resultado da radiación de freada dos raios X bremsstrahlung, causada pola interacción de partículas de rápido movemento (como as partículas beta) colidindo con determinados materiais, xeralmente de números atómicos máis elevados.
Espectro electromagnético
miniatura|Lenda: γ = Raios gamma
HX = Raios X fortes SX = Raios X brandos
EUV = Raios ultravioleta extremos NUV = Raios ultravioleta próximos
Luz visíbel (bandas coloreadas)
NIR = Raios infravermellos próximos MIR = Raios infravermellos medios FIR = Raios infravermellos distantes
EHF = Frecuencia extremadamente alta (microondas) SHF = Frecuencia súper alta (microondas)
UHF = Frecuencia ultra alta (ondas de radio) VHF = Frecuencia moi alta (radio) HF = Alta frecuencia (radio) MF = Frecuencia media (radio) LF = Frecuencia baixa (radio) VLF = Frecuencia moi baixa (radio) VF = Frecuencia da voz ULF = Frecuencia ultra baixa (radio) SLF = Frecuencia super baixa (radio) ELF = Frecuencia extremadamente baixa (radio)
A radiación electromagnética (a designación "radiación" exclúe a electricidade estática e magnética e os campos próximos) clasifícase segundo a lonxitude de onda en ondas de radio, microondas, Radiación infravermella, espectro visíbel, radiación ultravioleta, raios X e raios gamma. As ondas electromagnéticas arbitrarias poden ser expresadas mediante a análise de Fourier en termos de ondas monocromáticas sinusoidais, cada unha das cales pode á súa vez ser clasificada nunha destas rexións do espectro electromagnético.
Para determinadas clases de ondas electromagnética, é máis útil tratar a forma da onda coma "aleatoria", e entón a análise espectral debe realizarse mediante técnicas matemáticas lixeiramente diferentes apropiadas para procesos aleatorios ou estocásticos. Nestes casos, os compoñentes individuais da frecuencia están representados en termos do seu contido de poder, e a información de fase non se conserva. Esta representación chámase densidade espectral de potencia do proceso aleatorio. A radiación electromagnética aleatoria que require este tipo de análise áchase, por exemplo, no interior das estrelas e noutras outras formas de radiación de banda moi ancha coma no campo de onda de punto cero do baleiro electromagnético.
O comportamento da radiación electromagnética depende da súa frecuencia. As frecuencias máis baixas teñen lonxitudes de onda máis longas, e as frecuencias máis elevadas teñen lonxitudes de onda máis curtas, e están asociadas con fotóns de alta enerxía. Non hai un límite fundamental coñecido para estas lonxitudes de onda ou enerxías a cada extremo do espectro, aínda que os fotóns con enerxías próximas á enerxía de Planck ou superándoa (demasiado altas para teren sido observadas) requirirán novas teorías físicas para describilas.
As ondas de son non son radiacións electromagnéticas. No extremo inferior do espectro electromagnético, desde preto de 20 Hz ata aproximadamente 20 kHz, están frecuencias que poden considerarse no rango de son. Porén, as ondas electromagnéticas non poden ser percibidas directamente polos oídos humanos. As ondas sonoras son, pola contra, a compresión oscilante das moléculas. Para ser oída, a radiación electromagnética debe converterse en ondas de presión do fluído no que se atopa o oído (sexa o fluído aire, auga ou algún outro).
Tipos de radiación electromagnética e propiedades Por orde de frecuencia ascendente, distínguense os seguintes tipos de radiación electromagnética:
Ondas de radio
As ondas de radio son o tipo de radiación electromagnética de máis baixa frecuencia (entre 3 Hz e 3 GHz) e enerxía. Xa que logo é a que ten as máis altas lonxitudes de onda (desde 1 dm ata 100.000 km).
Nas frecuencias de radio, a radiación electromagnética interactúa amplamente coa materia como unha gran colección de cargas que se espallan por grandes cantidades de átomos afectados. Nos condutores eléctricos, o movemento masivo inducido de carga (correntes eléctricas) orixina a absorción da radiación electromagnética, ou a separación de cargas que causan a xeración dunha nova radiación electromagnética (reflexión efectiva da radiación electromagnética). Un exemplo disto é a absorción ou emisión de ondas de radio por antenas. Estes efectos poden abarcar distancias macroscópicas nos condutores debido á súa gran lonxitude de onda.
Microondas
As microondas son unha forma de radiación electromagnética con lonxitudes de onda que varían desde un decímetro a un milímetro; con frecuencias entre 3 e 300 GHz.
As radiacións de microondas, ao entraren en contacto coa materia e, en particular, cun condutor eléctrico, compórtanse dun xeito análogo a como o fan as ondas de radio. Por exemplo, cando se produce a absorción de microondas por auga ou outras moléculas cun momento dipolar eléctrico; fenómeno que se aplica para producir calor dentro dun forno microondas.
Infravermellas
Son radiacións electromagnéticas de frecuencias comprendidas entre 300 GHz e 300 THz, e lonxitudes de onda de 1 mm ata 1 μm.