Ondas Electromagnéticas
Summary
TLDRThis educational video script delves into the concept of electromagnetic waves, explaining their generation through atomic electron transitions and energy absorption. It highlights the dual nature of light, the transverse nature of electromagnetic waves, and their propagation through space-time. The script also covers the electromagnetic spectrum, detailing the relationship between energy, frequency, wavelength, and the types of waves, from radio waves to gamma rays, and their applications and implications.
Takeaways
- 🌌 Electromagnetic waves are generated when an atom absorbs energy and an electron jumps to a higher energy level, then returns to a lower level, releasing energy in the form of light or an electromagnetic wave, known as a photon.
- 🔬 The atomic model has evolved from linear orbits to a cloud of probabilities where electrons are not defined in an exact point but have a likelihood of being in certain areas around the nucleus.
- 🚀 Electromagnetic waves are transverse and can travel in all three dimensions of space, meaning they can propagate in any direction.
- 🔋 The dual nature of light was mentioned, which will be explored in another class, highlighting that light behaves both as a particle (photon) and as a wave.
- 🌐 James Clerk Maxwell discovered that light has an electric and magnetic nature, with a changing electric field generating a magnetic field and vice versa, creating a self-sustaining cycle.
- ⚡ Electromagnetic waves can travel through a vacuum, unlike sound waves which require a medium, and they deform the electric and magnetic fields as they propagate.
- ⏱ The speed of electromagnetic waves in a vacuum is approximately 300,000 kilometers per second, which is the speed of light.
- 📊 The properties of electromagnetic waves, such as frequency, wavelength, and period, depend on the amount of energy released by the atom.
- 📈 The electromagnetic spectrum includes a range of waves from radio waves with low energy and long wavelengths to gamma rays with high energy and short wavelengths.
- 👀 Humans can only see the visible spectrum of light, which is a small part of the entire electromagnetic spectrum, while other types of waves like radio waves, microwaves, infrared, ultraviolet, X-rays, and gamma rays are invisible to the naked eye.
- 🌡️ The temperature of an object determines the type of electromagnetic waves it emits; humans emit infrared radiation due to our body temperature, while extremely hot stars may emit gamma rays and ultraviolet light.
Q & A
What are electromagnetic waves?
-Electromagnetic waves are disturbances in the electromagnetic field that travel through space, carrying energy. They are generated by the acceleration of charged particles, such as electrons in atoms.
How are electromagnetic waves generated?
-Electromagnetic waves are generated when an electron in an atom absorbs energy and jumps to a higher energy level, and then quickly returns to its original state, releasing the energy in the form of a photon, which is an electromagnetic wave.
What is the dual nature of light?
-Light exhibits both wave-like and particle-like properties. The wave-like nature is evident in phenomena like interference and diffraction, while the particle-like nature is observed in the photoelectric effect and Compton scattering.
What is the relationship between electric and magnetic fields in electromagnetic waves?
-In electromagnetic waves, the electric and magnetic fields are perpendicular to each other and to the direction of wave propagation. They are interdependent, with a changing electric field generating a magnetic field and vice versa, creating a self-sustaining wave that travels through space.
Why are electromagnetic waves considered transverse waves?
-Electromagnetic waves are considered transverse waves because the oscillations of the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of wave propagation.
How fast do electromagnetic waves travel in a vacuum?
-Electromagnetic waves travel at the speed of light in a vacuum, which is approximately 299,792 kilometers per second (km/s).
What is the Electromagnetic Spectrum?
-The Electromagnetic Spectrum is the range of all possible frequencies of electromagnetic radiation, arranged from lowest frequency (longest wavelength) to highest frequency (shortest wavelength). It includes radio waves, microwaves, infrared, visible light, ultraviolet, X-rays, and gamma rays.
Why are gamma rays more dangerous than radio waves?
-Gamma rays are more dangerous than radio waves because they have much higher energy and shorter wavelengths. They can penetrate and damage living tissue, including DNA within cells, leading to mutations and other health risks.
How does the energy of an electromagnetic wave relate to its frequency and wavelength?
-The energy of an electromagnetic wave is directly proportional to its frequency and inversely proportional to its wavelength. This relationship is described by the equation 'E = h * f', where 'E' is energy, 'h' is Planck's constant, and 'f' is frequency.
What is the significance of the visible light spectrum within the electromagnetic spectrum?
-The visible light spectrum is the narrow range of wavelengths to which the human eye is sensitive, typically from about 400 nanometers (violet) to 700 nanometers (red). It is significant because it allows us to perceive our environment and is the basis for technologies like photography and remote sensing.
How do the wavelengths of different types of electromagnetic waves compare?
-Wavelengths of electromagnetic waves vary greatly, from the long wavelengths of radio waves (measured in meters) to the very short wavelengths of gamma rays (measured in picometers). The size of the wavelength determines the type of wave and its properties, such as penetration power and energy.
Outlines
🌌 Introduction to Electromagnetic Waves
The script begins with an introduction to electromagnetic waves, explaining their generation through atomic processes. It discusses the quantum mechanical model of the atom, emphasizing the probabilistic nature of electron locations rather than fixed orbits. The absorption of energy by an atom, causing electrons to jump to higher energy levels, and the subsequent release of energy as the electron returns to a stable state, are highlighted. This release can occur as light or electromagnetic waves, also known as photons. The dual behavior of light as both a particle and a wave is mentioned, setting the stage for a deeper exploration in a future class.
🚀 The Nature and Propagation of Electromagnetic Waves
This paragraph delves into the characteristics of electromagnetic waves, describing them as transverse and three-dimensional, capable of traveling through the vacuum of space. The historical contributions of James Clerk Maxwell are acknowledged, who recognized light's electromagnetic nature. Maxwell's equations illustrate how a varying electric field can induce a magnetic field and vice versa, creating a self-sustaining cycle of electromagnetic wave propagation. The speed of light is introduced as approximately 300,000 kilometers per second, emphasizing the rapid propagation of these waves. The independence of electromagnetic waves from a medium for propagation is contrasted with mechanical waves, which require a physical medium and decay over distance.
🌈 The Electromagnetic Spectrum and Wave Properties
The script concludes with an exploration of the electromagnetic spectrum, detailing the relationship between energy release in an atom and the frequency or wavelength of the resulting electromagnetic wave. The spectrum is vast, ranging from low-energy radio waves with long wavelengths to high-energy gamma rays with short wavelengths. The visibility of different parts of the spectrum by the human eye is discussed, with the visible light spectrum situated between infrared and ultraviolet radiation. The dangers of high-energy gamma rays due to their ability to impact atomic nuclei and cause DNA damage are also mentioned. The paragraph ends with a look forward to the next class, which will focus on the visible spectrum.
Mindmap
Keywords
💡Electromagnetic waves
💡Probability cloud
💡Energy absorption
💡Photon
💡Transverse waves
💡Maxwell's equations
💡Light speed
💡Electron shell
💡Electromagnetic spectrum
💡Frequency
💡Wavelength
Highlights
Introduction to electromagnetic waves and their characteristics.
Explanation of the atomic model and the probabilistic location of electrons.
Description of how atoms absorb energy and the electron transitions.
The concept of light as both a particle (photon) and a wave.
James Clerk Maxwell's contribution to understanding the electromagnetic nature of light.
The self-sustaining cycle of electric and magnetic fields in electromagnetic waves.
The ability of electromagnetic waves to travel through a vacuum.
The speed of electromagnetic wave propagation, approximately 300,000 kilometers per second.
Characteristics of transverse waves, including the perpendicular orientation of electric and magnetic fields.
The generation of electromagnetic waves by atomic interactions and their propagation in space-time.
The relationship between the energy released in an atom and the frequency or wavelength of the emitted wave.
The electromagnetic spectrum, ranging from radio waves to gamma rays.
The visibility of the electromagnetic spectrum to the human eye and the dangers of ultraviolet and gamma rays.
The size of the wavelengths of different types of electromagnetic waves, from radio waves to gamma rays.
The frequency of electromagnetic waves and its correlation with energy levels.
The practical applications of different parts of the electromagnetic spectrum, such as infrared for thermal imaging.
The emission of electromagnetic waves by celestial bodies and its relation to their temperature.
The upcoming class on the visible spectrum and its significance in understanding light.
Transcripts
[Música]
hola muy buenos días y bienvenidos la
semana de física hoy día veremos lo que
son las ondas electromagnéticas con el
objetivo analizar las características de
las ondas electromagnéticas primero que
todo para entender qué son las ondas
electromagnéticas debemos saber cómo se
generan
para ello le presentó justamente lo que
vendría siendo el modelo atómico ya
donde aparece una nube donde está
justamente es la nube de probabilidades
donde se encuentre electrones debemos
recordar de que el modelo donde son
órbitas así lineales muy cerradas con
una línea definida es un modelo antiguo
ya si lo sigues pensando así no es así
existe una nube donde hay una
probabilidad de que este electrón ya no
es que esté definido en un punto exacto
entonces tenemos el núcleo tenemos la
nube de los orbitales con las
probabilidades de que este electrón y lo
que ocurre es que cuando un átomo
absorbe luz o absorbe energía ya sea
eléctrica cualquier tipo energía que
pueda absorber el latón debemos saber
por ejemplo de que cuando yo tengo una
ampolleta lo que estoy haciendo en esos
gases que tener es ampolletas es
inyectar la electricidad y esa
electricidad es energía eléctrica la
absorbe el átomo y lo que hace que el
electrón schalke de olvidar ya para pase
de un nivel energético a otro nivel del
genio pero eso hace de que el átomo en
ese lugar sea inestable no puede ser no
puede contener esa energía y lo que hace
casi de manera instantánea
es que el electrón al no ser capaz de
mantener esa energía baja nuevamente a
su orbital donde es estable y esa
energía que absorbió la libera y la
libera de forma de luz o simplemente la
libera a través de una onda
electromagnética que es lo que también
podemos conocer como fotón
ya debemos recordar de que la luz tiene
un comportamiento dual que lo vamos a
ver en otra clase pero en este caso lo
que libera es un paquete un cuánto de
energía que es lo que vamos a conocer
como la onda electromagnética jacques ok
entonces ahora que sabemos lo que es
cómo se genera la onda electromagnética
debemos saber que estas ondas
electromagnéticas dentro de las
clasificaciones de la onda son ondas de
características electromagnética como lo
dije porque recuerda que también pueden
ser mecánicas pero para que sean
mecánicas deben poder propagarse por
medio físico y hasta ondas no siempre se
pueden hacer y además son distintas ya
son de una naturaleza eléctrica y
magnética te lo explicaré enseguida con
este dibujo y ngog al lado son
transversales y tridimensionales es
decir pueden viajar en las tres
direcciones del espacio ya que que
significa que sean electromagnética
además es que hace tiempo que cuando se
estudiaba la onda se estudiaba su
naturaleza
un científico maxwell en este caso se
dio cuenta de que la luz tenía una
naturaleza que era eléctrica y magnética
que era un campo eléctrico que producía
uno magnético y un magnético que
producía un campo eléctrico saber que lo
que es eso primero que todo el campo
eléctrico que vamos a denotar lo con la
letra y cuando un campo eléctrico es
variable tiene la capacidad de generar
un campo magnético que le vamos a
denotar ve ya es decir cuando yo tengo
un campo eléctrico en el espacio-tiempo
que se mueve va a inducir un campo
magnético pero un campo magnético cuando
se mueve también genera un campo
eléctrico por lo tanto te podrás dar
cuenta en este caso que la luz no es más
que nada que una retroalimentación en
cierta forma infinita porque lo puedes
seguir haciendo eternamente a menos que
el espacio se estire o que se toque con
un objeto ya porque ella entran cosa
actuar del espacio del tiempo de la masa
entre otras cosas pero lo que va a
ocurrir es que el campo eléctrico
produce un campo magnético y el campo
magnético produce un campo eléctrico
un magnético magnético un electro y así
lo vas a hacer siempre tuvieras oyes
pero podemos generar electricidad
infinita entonces no no puedes ya porque
el solo hecho de ocupar esto ya rompes
el siglo pero si lo dejas así intacto
esto se va a producir de manera infinita
y tú dirás y como ok supongamos que esta
ampolleta en la que está generando esta
luz
todos sabemos que la luz puede viajar
durante millones de años es tal como ver
algo de astronomía buscar las estrellas
en el cielo y es tu profesor en algún
momento en astronomía te habrá dicho que
las estrellas que estamos observando en
el cielo están a miles de años luz de
distancia oa millones de años luz de
distancia por ejemplo algunas galaxias
están a miles de millones de años luz de
distancia qué significa eso de que la
luz que estamos viendo de esa galaxia
viajó durante miles de millones de años
y durante miles de millones de años se
produjo este siglo en donde el campo
eléctrico que genera uno magnético el
magnético no eléctrico y así y de esa
manera la onda iba viajando duras pero
como lo puede hacer porque todo se nace
acá en el átomo en el caso de que lo
explotaba explicando anteriormente
dentro de esa ampolleta hay un filamento
y el filamento está compuesto por muchos
átomos esos átomos generan
una onda electromagnética
porque tiene una interacción eléctrica
acá hay una interacción magnética
también y de forma en el espacio-tiempo
de tal manera de que a su alrededor se
genera un campo eléctrico el cual de
manera instantánea prácticamente genera
un campo magnético y éste a su vez va
genera un campo eléctrico el cual va
genera un campo magnético y así ya no se
va a depender de la fuente que lo generó
por ejemplo tú me estás escuchando
hablar en este momento yo cuando hablo
estoy produciendo ondas de sonido pero
ese sonido viaja por el espacio en este
caso que es el aire pero va a decaer
rápidamente porque va a chocar con
partículas que están a su alrededor
la onda electromagnética tiene la
particularidad de poder viajar en el
vacío y en el vacío va deformando el
espacio eléctrico magnético cuando va
avanzando y de esa manera manera se va a
abrir se va a abrir paso a medida
avanzando
al ser casi instantánea la deformación
del espacio eléctrico y magnético genera
una velocidad bastante alta ya la
velocidad de propagación de las ondas
electromagnéticas es aproximadamente
300.000 kilómetros sobre segundo es
decir en tan solo un segundo de tiempo
para avanzar una distancia que es
equivalente a 300.000 kilómetros
aproximadamente realmente son 299 mil
900 infracción lo cual es aproxima blé a
300.000 y es con el número que vamos a
trabajar ya ahora este campo eléctrico
magnético si bien son perpendiculares al
eje donde se está moviendo la onda
porque se da cuenta dirección de
propagación y ondas ya oscilaciones
electromagnética es decir el campo
magnético si la se da cuenta en esta
dirección y el eléctrico así es por eso
que va a tener una notación o una
clasificación de onda transversal ya al
igual como es la onda mecánica que se
propaga por una piedra que golpea al
agua y se generan oscilaciones en el
agua
es decir en resumen en esta parte las
ondas electromagnéticas se van a generar
por el salto que va a producir en el
hospital ya los electrones dentro de un
átomo por la absorción de energía y van
a liberar energía en forma de fotón que
es justamente lo que tú estás viendo no
no lo que estás viendo carente en cierta
forma lo van a liberar una onda un
paquete de energía que va va a generar
una deformación del campo eléctrico
magnético a su alrededor y esto va a
generar una reacción en cadena en cadena
donde se va a formar este ciclo
ok ahora aquí ya sabemos lo que es una
onda electromagnética
debemos saber también de qué va a
depender de la cantidad de energía que
se libere en este átomo va a depender la
frecuencia o la longitud de onda y el
periodo de esta onda electromagnética
que vamos a estudiar por ejemplo si se
libera poca energía vamos a tener ondas
de radio vamos a tener una frecuencia
baja de 10 elevado a 4 hertz pero si la
energía que se libera
por ejemplo cuando se producen los rayos
gamma vamos a tener una frecuencia de 10
elevado a 20 si das cuenta tenemos
varias diferente varios ceros de
diferencia entre el día elevado cuadro y
el día de hoy específicamente tenemos un
número que tiene 16 0 de diferencia
entre uno y otro ya uno habla de
unidades de 10.000 y el otro lado la de
millones ya entonces qué ocurre de que
el espectro electromagnético nos va a
decir la variedad de ondas
electromagnéticas que vamos a poder
estudiar esto es similar en el caso de
las ondas mecánicas del sonido por
ejemplo cuando estudiamos las notas do
re mi fa sol ácido
todas tienen distintas frecuencias de
oscilación y algunas son más agudas otra
más grave que va a pasar en las ondas
electromagnéticas vamos a tener más
oscilaciones por segundo
las ondas mecánicas andan en que
estudiamos anteriormente eran
oscilaciones de 500 cines por segundo
300 400 direcciones por segundo acá
vamos a estar hablando en números bajos
del orden de los 10.000 oscilaciones por
segundo en lo que es las ondas de radio
te quiero explicar bien este dibujo y
bueno acá tenemos el perfil de onda ya
en este caso sabemos que la onda
electromagnética no es así que la
materia recibe más arriba pero esto
vendría siendo una buena aproximación
para dibujar las oscilaciones la
longitud de onda entre otras cosas
entonces sabemos que este es el perfil
de onda hacia la derecha tenemos los
rayos gamma que son los más energéticos
y hacia la izquierda las ondas de radio
exactitud sirven para escuchar la radio
que son las menos energía el espectro
visible que está en rojo al medio
visible en lo que nosotros podemos ver
con nuestros ojos con nuestros ojos no
podemos ver la onda de radio en las
ondas que generan los microondas los
infrarrojos el ultravioleta rayos x
rayos gamma no podemos ver nuestros ojos
no ve ni esas ondas ni las que están a
la izquierda solamente el espectro
visible que lo que está acá el día
elevado 3 en ese caso es la longitud de
onda en metros por lo tanto la longitud
de onda de la onda de radio de 10
elevado a 3 metros 10 elevado a 3000 por
lo tanto las ondas de radio tienen una
longitud de onda de
metros por lo tanto su tamaño es
equivalente al de muchos edificios
incluso mucho más ya las ondas
microondas los microondas tienen su
nombre en honor a la sonda microondas
porque son ese tipo de onda en la que
ocupan ya y está el orden de lo del
tamaño de los 10 elevado a la menos 2
qué significa eso uno dividió en 100 1
dividen 100 equivale a 0 01 metros y eso
en centímetro equivaldría a un céntimo y
ya si bien acá dice tamaño de humanos
esto está un poquito más hacia la
derecha por lo tanto es bastante pequeño
después tenemos el infrarrojo y elevado
a la menos 5 el espectro visible que ya
es del tamaño de los protozoos
aproximadamente un poquito más grande
ultravioleta rayos x rayos gamma ya los
rayos gamma estamos hablando de ondas de
longitudes de onda que son del tamaño
del núcleo atómico esa es una de las
principales razones de por qué son
peligrosas porque pueden impactar en el
núcleo atómico de nuestras células y
generar deformaciones en el adn
ok entonces esos son sus tamaños de las
longitudes de onda lo otro es la
frecuencia que lo tenemos acá abajo la
frecuencia habla de la cantidad de
oscilaciones por segundo debemos
recordar eso ya lo que estábamos
hablando acá recién era la longitud de
onda y esto es la frecuencia que nos
dice el número de oscilaciones sobre
segundos el número de oscilaciones por
segundo nos va a indicar la frecuencia
si te das cuenta los ondas de radio
tienen poquitas frecuencia en cambio los
rayos gamma que son bastante peligrosos
tienen frecuencias muy altas ya por acá
están los rayos equis cuando te vas a
hacer una radiografía ya y ultravioleta
que es la luz esta peligrosa que puede
pasar por la atmósfera penetra a la
atmósfera terrestre si no si no la
ultravioleta tiene traslado como se
llama la atmósfera terrestre en los
rayos si en algún lugar es donde
lamentablemente nuestra capa de ozono
está muy gastada
y abajo finalmente tenemos los cuerpos
que emiten este tipo de radiación
nosotros como seres humanos tenemos
temperaturas que fluctúan más o menos
por acá en el infrarrojo entonces en ese
caso nosotros emitimos ondas y es por
eso que existen cámara infrarrojos que
pueden ver la temperatura de las
personas ya pero por ejemplo si yo
quiero emitir rayos x debo elevar mucho
la temperatura del objeto y si quiero
emitir rayos gamma demasiado ya las
estrellas generalmente emiten rayos
gamma rayos ultravioletas porque tienen
temperaturas muy altas ya entonces eso
es las ondas electromagnéticas esto es
el espectro electromagnético en la
próxima clase estudiaremos justamente ya
lo que vendría siendo el espectro
visible así que nos vemos en una próxima
clase hasta luego
[Música]
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