Tecnologías de Telecomunicaciones

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TECNOLÓGICA ECOTEC. ISO 9001:2008

Tecnologías de

Telecomunicaciones

Msc. Donelkys Santana Medina Semestre 2

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2. Interacción con la materia de cada rango del espectro.

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• Conocer características del Espectro Electromagnético.

• Diferenciar las características y propiedades de cada rango del espectro.

• Conocer como interactúa cada

rango con la materia.

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El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles.

El espectro de un objeto es la distribución

característica de la radiación

electromagnética de ese objeto.

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El espectro cubre la energía de ondas

electromagnéticas que tienen longitudes de

onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y

más bajas pueden ser producidas por ciertas

nebulosas estelares y son importantes para

su estudio. Se han descubierto frecuencias

tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de

fuentes astrofísicas.

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onda particular λ (en el vacío) tiene una frecuencia asociada f y una energía fotónica E. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones.

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 De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.

 Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce.

 La radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

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 El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta.

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Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro.

Se usan para la transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio.

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Las ondas de radio pueden transportar información variando la combinación de amplitud, frecuencia y fase de la onda dentro de una banda de frecuencia.

El uso del espectro de radio está regulado por muchos gobiernos mediante la asignación de frecuencias.

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Cuando la radiación electromagnética impacta sobre un conductor, se empareja con él y viaja a lo largo del mismo, induciendo una corriente eléctrica en la superficie de ese conductor mediante la excitación de los electrones del material de conducción. Este efecto (el efecto piel) se usado en las antenas. La radiación electromagnética también puede hacer que ciertas moléculas absorban energía y se calienten, una característica que se utiliza en los microondas.

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La frecuencia super alta (SHF) y la frecuencia extremadamente alta (EHF) de las microondas son las siguientes en la escala de frecuencia.

Las microondas son ondas los suficientemente cortas como para emplear guías de ondas metálicas tubulares de diámetro razonable. La energía de microondas se produce con tubos klistrón y tubos magnetrón, y con diodos de estado sólido como los dispositivos Gunn e IMPATT.

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Las microondas son absorbidas por las moléculas que tienen un momento dipolar en líquidos. En un horno microondas, este efecto se usa para calentar la comida. La radiación de microondas de baja intensidad se utiliza en Wi-Fi.

El horno microondas promedio, cuando está activo, está en un rango cercano y bastante poderoso como para causar interferencia con campos electromagnéticos, como los que se encuentran en dispositivos médicos móviles y aparatos electrónicos baratos.

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La radiación de terahertzios (Rayos T) es una región del espectro situada entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, este rango estaba muy poco estudiado, ya que apenas había fuentes para la energía microondas en el extremo alto de la banda.

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Sin embargo, están apareciendo aplicaciones para mostrar imágenes y comunicaciones. Los científicos también buscan aplicar la tecnología de rayos T en las fuerzas armadas, donde podrían usarse para dirigirlas a las tropas enemigas, ya que las ondas de alta frecuencia incapacitan los equipos electrónicos.

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La parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango desde aproximadamente los 300 GHz (1 mm) hasta los 400 THz (750 nm). Puede ser dividida en tres partes:

 Infrarrojo lejano, desde 300 GHz (1 mm) hasta 30 THz (10 μm).

 Infrarrojo medio, desde 30 a 120 THz (10 a 2.5 μm)

 Infrarrojo cercano, desde 120 a 400 THz (2500 a 750 nm).

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La parte inferior de este rango también puede llamarse microondas. Esta radiación es absorbida por los llamados modos rotatorios en las moléculas en fase gaseosa, mediante movimientos moleculares en los líquidos, y mediante fotones en los sólidos. El agua en la atmósfera de la Tierra absorbe tan fuertemente esta radiación que confiere a la atmósfera efectividad opaca.

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Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango. Se absorbe por vibraciones moleculares, es decir, cuando los diferentes átomos en una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio.

Este rango es llamado, a veces, región de huella digital, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio de cada compuesto es muy específico.

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Infrarrojo cercano

Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible.

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Radiación visible (luz)

La radiación electromagnética con una longitud de onda entre aproximadamente 400 nm y 700 nm es detectado por el ojo humano y percibida como luz visible. A otras longitudes de onda, sobre todo al infrarrojo cercano (más largo de 700 nm) y al ultravioleta (más corto que 400 nm) también se les llama luz a veces, sobre todo cuando la visibilidad para los humanos no es relevante.

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Radiación visible (luz)

La frecuencia por encima del infrarrojo es la de la luz visible. Este es el rango en el que el Sol y las estrellas similares a él emiten la mayor parte de su radiación. No es probablemente una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que el sol emite con más fuerza.

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Radiación visible (luz)

La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del espectro electromagnético. Un arco iris muestra la parte óptica (visible) del espectro electromagnético; el infrarrojo (si pudiera verse) estaría localizado justo a continuación del lado rojo del arco iris, mientras que el ultravioleta estaría tras el violeta.

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Luz ultravioleta

La siguiente frecuencia en el espectro es el ultravioleta (o rayos UV), que es la radiación cuya longitud de onda es más corta que el extremo violeta del espectro visible.

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Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que cambia su comportamiento.

Las quemaduras solares, por ejemplo, están causadas por los efectos perjudiciales de la radiación UV en las células de la piel, y pueden causar incluso cáncer de piel si la radiación daña las moléculas de ADN complejas en las células.

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El Sol emite una gran cantidad de radiación UV, lo que podría convertir rápidamente la Tierra en un desierto estéril si no fuera porque, en su mayor parte, es absorbida por la capa de ozono de la atmósfera antes de alcanzar la superficie.

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Después del ultravioleta vienen los rayos X. Los rayos X duros tienen longitudes de onda más cortas que los rayos X suaves. Se usan generalmente para ver a través de algunos objetos, así como para la física de alta energía y la astronomía. Las estrellas de neutrones y los discos de acreción alrededor de los agujeros negros emiten rayos X, lo que nos permite estudiarlos.

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Los rayos X pasan por la mayor parte de sustancias, y esto los hace útiles en medicina e industria. También son emitidos por las estrellas, y especialmente por algunos tipos de nebulosas. Un aparato de radiografía funciona disparando un haz de electrones sobre un "objetivo". Si los electrones se disparan con suficiente energía, se producen rayos X.

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Después de los rayos X duros vienen los rayos gamma. Son los fotones más energéticos, y no se conoce el límite más bajo de su longitud de onda.

Son útiles a los astrónomos en el estudio de objetos o regiones de alta energía, y son útiles para los físicos gracias a su capacidad penetrante y su producción de radioisótopos.

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tienen efectos muy diferentes en la interacción con la materia.

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Empezando con las ondas de baja frecuencia de radio, el cuerpo humano es bastante transparente.

(Se puede escuchar la radio portátil dentro de la casa, ya que las ondas pasan libremente a través de las paredes e incluso a través de las personas que estamos allí)

A medida que nos desplazamos hacia arriba a través de las microondas y los infrarrojos, hasta la luz visible, se absorben más y más fuertemente.

Todo el ultravioleta del Sol, es absorbido por una delgada capa de nuestra piel.

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Según nos desplazamos hacia arriba, dentro de la región de rayos X del espectro, nos volvemos de nuevo transparente, ya que la mayoría de los mecanismos de absorción han desaparecido.

Entonces, aunque solamente se absorbe una pequeña fracción de la radiación, estos son los eventos de ionización mas violentos.

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Cada porción del espectro electromagnético, tiene las energías cuánticas apropiadas para la excitación de ciertos tipos de procesos físicos.

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La interacción de las microondas con la materia distinta de los conductores metálicos, será la rotación de moléculas y la producción de calor como resultado de ese movimiento molecular. Los conductores absorben fuertemente las microondas y cualquier frecuencia más baja, creando corrientes eléctricas que calientan el material.

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La mayoría de la materia incluyendo el cuerpo humano, es en gran parte transparente a las microondas. Las microondas de alta intensidad como en un horno de microondas, donde pasan hacia adelante y hacia atrás millones de veces a través de los alimentos, calientan el material mediante la producción de rotaciones y torsiones moleculares.

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Puesto que las energías cuánticas son un millón de veces más bajas que las de los rayos X, no pueden producir ionización y los tipos característicos de daños de radiación asociados con la radiación ionizante.

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microondas, pero con menos fuerza que la luz visible. El resultado de la absorción de infrarrojos es el calentamiento de los tejidos, ya que aumenta la actividad de vibración molecular. La radiación infrarroja penetra en la piel más allá que la luz visible, y por lo tanto se puede utilizar para la imagen fotográfica de los vasos sanguíneos subcutáneos.

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de luz visible, es la elevación de electrones a niveles de energía más altos. Con una fuente de luz fuerte, la luz roja se puede transmitir a través de la mano o un pliegue de piel, lo cual demuestra que el extremo rojo del espectro, no se absorbe tan fuertemente como el extremo violeta.

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calentamiento, no origina la ionización con sus riesgos. Uno puede ser calentado por el Sol a través de un parabrisas de un automóvil, pero no será quemado, ya que este es un efecto de la parte UV de las frecuencias más alta de la luz solar, la cual es bloqueada por el vidrio del parabrisas.

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fuertemente en la capa superficial de la piel, por transiciones electrónicas. A medida que se vaya a mayores energías, se alcanzan las energías de ionización de muchas moléculas y tienen lugar los procesos de fotoionización más peligrosos. La quemadura solar es principalmente un efecto de la radiación UV, y la ionización produce el riesgo de cáncer de piel.

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importante para la salud humana, debido a que absorbe la mayor parte de la dañina radiación ultravioleta del Sol, antes de que llegue a la superficie de la Tierra. Las frecuencias más altas en el ultravioleta son radiación ionizante, y pueden producir efectos fisiológicos perjudiciales, que van desde las quemaduras solares hasta el cáncer de piel.

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Como las energías cuánticas de los fotones de rayos X, son demasiado elevadas para ser absorbidas en transiciones electrónicas entre estados en la mayoría de los átomos, sólo pueden interactuar con un electrón sacándolo completamente fuera del átomo. Es decir, todos los rayos X se clasifican como radiación ionizante.

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• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/mod3.html#c1

• http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/16746/1/espe ctro_electromagnetico.pdf

• http://ticscaritochio.blogspot.com/2012/09/espectro- electromagnetico.html