Tema7.2ºbachillerato.física

Tema: Inducción electromagnética .
Los trabajos de Ampère se difundieron rápidamente en todos los centros activos de
investigación de la época, causando gran sensación. Un joven investigador inglés, Michael
Faraday (1791-1867) se empezó a interesar en los fenómenos eléctricos y repitió en su
laboratorio los experimentos tanto de Oersted como de Ampère. Una vez que entendió
cabalmente el fondo físico de estos fenómenos, se planteó la siguiente cuestión: de acuerdo
con los descubrimientos de Oersted y Ampère se puede obtener magnetismo de la
electricidad, ¿será posible que se obtenga electricidad del magnetismo? De inmediato inició
una serie de experimentos para dar respuesta a esta pregunta.
Faraday fue uno de los más ilustres científicos experimentales del siglo XIX. Hijo de un
herrero y con estudios de educación elemental, ya que no tuvo oportunidad de enseñanza de
mayor nivel, empezó a trabajar como aprendiz de librero en 1808, dedicándose a la
encuadernación. Como pasatiempo leía los libros que le traían los clientes, en particular los de
química y electricidad, lo que abrió ante sus ojos un nuevo mundo, despertándose en él un
gran interés por aumentar sus conocimientos. Así empezó a estudiar cursos nocturnos que
ofrecía en la Royal Institution (Institución Real para el Desarrollo de las Ciencias) el científico
Humphry Davy. Esta institución había sido fundada en 1799 y desde 1801 su director era
Davy, uno de los científicos más prestigiados de Inglaterra. Faraday escribió notas del curso
que llevó con Davy.
En 1812 Davy recibió una solicitud de trabajo de Faraday, cuyo empleo de aprendiz como
encuadernador estaba por concluir. Mandó al profesor, como prueba de su capacidad, las
notas que había escrito en el curso que el mismo Davy había dictado. Faraday fue contratado
como asistente de laboratorio en 1813, comenzando así una ilustre carrera en la Royal
Institution, que duró hasta su retiro, en 1861. De asistente pasó a reemplazante temporal de
Davy, y finalmente fue su sucesor.
Faraday publicó su primer trabajo científico en 1816 y fue elegido miembro de la Royal
Institution en 1827. Se dedicó durante mucho tiempo al estudio de los fenómenos químicos.
Entre los logros de Faraday se pueden mencionar el reconocimiento de nuevos compuestos
químicos, el trabajo sobre la licuefacción de los gases, el descubrimiento de las leyes de la
electrólisis, la demostración de que sin importar cómo se produjera la electricidad siempre era
la misma ya que producía en todos los casos los mismos efectos. Posiblemente sus mayores
descubrimientos fueron la inducción electromagnética y la idea de campo. En este capítulo
hablaremos de la primera y dedicaremos otro capítulo al concepto de campo.
Faraday inició en 1825 una serie de experimentos con el fin de comprobar si se podía
obtener electricidad a partir del magnetismo. Pero no fue sino hasta 1831 que pudo presentar
sus primeros trabajos con respuestas positivas.
Después de muchos intentos fallidos, debidamente registrados en su diario, Faraday obtuvo
un indicio en el otoño de 1831. El experimento fue el siguiente. Enrolló un alambre conductor
alrededor de un núcleo cilíndrico de madera y conectó sus extremos a un galvanómetro G;
ésta es la bobina A de la figura 5. En seguida enrolló otro alambre conductor encima de la
bobina anterior. Los extremos de la segunda bobina, B en la figura, los conectó a una batería.
La argumentación de Faraday fue la siguiente: al cerrar el contacto C de la batería empieza a
circular una corriente eléctrica a lo largo de la bobina B. De los resultados de Oersted y
Ampère, se sabe que esta corriente genera un efecto magnético a su alrededor. Este efecto
magnético cruza la bobina A, y si el magnetismo produce electricidad, entonces por la bobina
A debería empezar a circular una corriente eléctrica que debería poder detectarse por medio
del galvanómetro.
Sus experimentos demostraron que la aguja del galvanómetro no se movía, lo cual indicaba
que por la bobina A no pasaba ninguna corriente eléctrica.
Sin embargo, Faraday se dio cuenta de que en el instante en que conectaba la batería
ocurría una pequeña desviación de la aguja de galvanómetro. También se percató de que en
el momento en que desconectaba la batería la aguja del galvanómetro se desviaba
ligeramente otra vez, ahora en sentido opuesto. Por lo tanto, concluyó que en un intervalo de
tiempo muy pequeño, mientras se conecta y se desconecta la batería, si hay corriente en la
bobina B. Siguiendo esta idea Faraday descubrió que efectivamente se producen corrientes

Tema 7: Inducción Electromagnética 1 Eric Calvo Lorente

eléctricas sólo cuando el efecto magnético cambia, si éste es constante no hay ninguna
producción de electricidad por magnetismo.
Al conectar el interruptor en el circuito de la bobina B de la figura 5 el valor de la corriente
eléctrica que circula por él cambia de cero a un valor distinto de cero. Por tanto, el efecto
magnético que produce esta corriente a su alrededor también cambia de cero a un valor
distinto de cero. De la misma manera, cuando se desconecta la batería la corriente en el
circuito cambia de un valor no nulo a cero, con el consecuente cambio del efecto magnético.

Por otro lado, cuanto está circulando una corriente con el mismo valor todo el tiempo, hecho
que ocurre cuando la batería está ya conectada, el efecto magnético que produce la bobina
también es constante y no cambia con el tiempo.
Recordemos que la intensidad del efecto magnético producido por una corriente eléctrica
depende del valor de la corriente: mientras mayor sea este valor mayor será la intensidad del
efecto magnético producido.
Faraday realizó diferentes experimentos en los cuales el efecto magnético que producía y
atravesaba una bobina daba lugar a que se produjera una corriente eléctrica en esta bobina.
Otro experimento que realizó fue el siguiente: enrolló una bobina A en un anillo de hierro dulce
circular y sus extremos los conectó a un galvanómetro. Enrolló otra bobina B en el mismo
anillo y sus extremos los conectó a una batería. Al conectar el interruptor de la batería empezó
a circular una corriente por la bobina B. Esta corriente generó un efecto magnético a su
alrededor, en particular dentro del anillo de hierro dulce. Como consecuencia, el anillo se
magnetizó y el efecto magnético producido cruzó también a la bobina A. Faraday se dio
cuenta, nuevamente, que sólo había movimiento de la aguja del galvanómetro cuando se
conectaba y desconectaba la batería. Cuando fluía por la bobina B una corriente de valor
constante, la aguja del galvanómetro no se movía, lo que indicaba que por la bobina A no
había corriente alguna.
Después de muchos experimentos adicionales Faraday llegó a una conclusión muy
importante. Para ello definió el concepto de flujo magnético a través de una superficie de la
siguiente forma: supongamos que un circuito formado por un alambre conductor es un círculo.
Sea A el área del círculo. Consideremos en primer lugar el caso en que la dirección del efecto
magnético sea perpendicular al plano que forma el círculo (Figura 6) y sea B la intensidad del
efecto. El flujo magnético a través de la superficie es el producto de B con el área del círculo, o
sea, (BA). En segundo lugar consideremos el caso en que la dirección del efecto magnético no
sea perpendicular al plano del círculo. Si proyectamos la superficie del círculo
perpendicularmente a la dirección del efecto, se obtiene la superficie A'. El flujo magnético es
ahora igual a (BA'). Llamaremos al área A' el área efectiva. El flujo es, por tanto, igual a la
magnitud del efecto magnético multiplicada por el área efectiva.


Si el efecto magnético que cruza el plano del circuito de la figura 6 cambia con el tiempo,
entonces, de acuerdo con el descubrimiento de Faraday se genera, o como se ha convenido
en llamar, se induce una corriente eléctrica a lo largo del alambre que forma el circuito.
Sin embargo, Faraday descubrió otra cosa muy importante. Lo que realmente debe cambiar
con el tiempo para que se induzca una corriente eléctrica es el flujo magnético a través de la
superficie que forma el circuito eléctrico. Por supuesto que si el efecto magnético cambia con
el tiempo, entonces el flujo que produce también cambiará. Pero puede ocurrir que el flujo
cambie sin que el efecto cambie. En efecto, si el área efectiva de la superficie cambia,
manteniéndose el valor del efecto constante, entonces el flujo cambiará. El descubrimiento de
Faraday indica que en este caso también se inducirá una corriente eléctrica en el circuito. Una
manera de cambiar el área efectiva del circuito es, por ejemplo, haciendo girar la espiral del
circuito (Figura 7) alrededor del eje LL, perpendicular al efecto magnético. En este caso el flujo
magnético cambia con el tiempo y se induce una corriente en el circuito, sin que el efecto
magnético hubiese cambiado. Vemos claramente que se puede cambiar el área efectiva de
muchas otras maneras. Además, puede ocurrir que cambien simultáneamente tanto el valor
del efecto como el área efectiva con el consecuente cambio del flujo magnético.

Lo importante es que si el flujo neto cambia entonces se induce una corriente eléctrica. Este
descubrimiento lleva el nombre de ley de inducción de Faraday y es uno de los resultados
más importantes de la teoría electromagnética.
Cuanto mayor sea el cambio del flujo, mayor será el valor de la corriente eléctrica que se
inducirá en el alambre conductor. De esta forma nos damos cuenta de que se pueden lograr
valores muy altos de corriente eléctrica con sólo cambiar el flujo magnético rápidamente. Así,
gracias a la ley de inducción de Faraday se puso a disposición de la humanidad la posibilidad
de contar con fuentes de corrientes eléctricas intensas. La manera de hacerlo fue por medio de


generadores eléctricos. Recuérdese que hasta el descubrimiento de Faraday, las únicas
fuentes de electricidad disponibles eran la fricción entre dos superficies y por medio de batería
o pilas voltaicas. En cualquiera de estos dos casos las cantidades de electricidad que se
obtenían eran muy pequeñas.
Como veremos en otros capítulos, la ley de inducción ha tenido aplicaciones prácticas que
han cambiado el curso de la vida de la humanidad.
Antes de morir Humphry Davy dijo: "Mi mayor descubrimiento fue Michael Faraday."
El gran descubrimiento de Michael Faraday de la inducción electromagnética en 1831, se
estaba duplicando en forma independiente por el físico Joseph Henry, pero Faraday recibió el
crédito del descubrimiento porque sus resultados se publicaron primero. Henry se hizo famoso,
como descubridor de la inductancia de una bobina y como quien desarrollo un electromagneto
potentísimo capaz de levantar pesos de miles de libras. Fue también el físico más eminente de
los Estados Unidos de América en el siglo XIX y el primer secretario del Instituto Smithsoniano.

Se denomina flujo al producto escalar del vector campo por el vector superficie
. . . cos
Si el campo no es constante o la superficie no es plana, el flujo se
calcula mediante la integral

El flujo representa el número neto de líneas que atraviesan la superficie
en dirección del vector S que la representa. (Al decir número neto se
entiende que se cuentan como positivas las líneas que atraviesan la
superficie en el sentido del vector S y negativas las del sentido contrario)

El flujo magnético se calcula como:
.

En el Sistema Internacional, se mide en Weber (Wb)., donde 1 Wb = 1 T .m2
El flujo magnético a través de superficies cerradas es siempre cero:

En una superficie cerrada entran tantas líneas como salen, dentro de la superficie no nacen
ni mueren las líneas.
Por este motivo las líneas del campo magnético son siempre curvas cerradas: no existen
fuentes o sumideros como en el campo eléctrico ni se pueden separar los polos de un imán.


Esta ley puede expresarse bajo dos formas:
a) Consideremos los dos casos anteriores:
1º. Trato de determinar el flujo de a través del circuito.

Para ello tomo el criterio de que tiene el sentido de avance del sacacorchos que gira con
el sentido de la corriente inducida i.

Φ
Φ

Por lo tanto obsérvese que:

2º Caso de la espira. De acuerdo con nuestro criterio, tiene el sentido indicado en
la figura superior.

, vemos por lo tanto que para este caso también se cumple que:

Enunciamos pues la ley de Faraday-Henry como:


En un campo magnético variable con el tiempo, se induce una f.e.m. en cualquier circuito
cerrado que es igual a menos la derivada respecto al tiempo del flujo del campo magnético a
través del circuito:

El flujo del vector inducción a través de una superficie como:
. . . cos
, y su variación con el tiempo, responsable de la generación de corrientes inducidas, puede
deberse a tres factores:
Que varíe la inducción (Campos dependientes del tiempo).
Que varíe la superficie (Deformaciones o aumento/disminución de la superficie
atravesada por el campo magnético).
Que varíe el ángulo entre y .

De acuerdo con lo anterior, la expresión que permite el cálculo de la fuerza electromotriz
inducida (f.e.m) , conocida como Ley de Faraday-Henry es:

que se medirá en VOLTIOS(V) si el flujo se expresa en Weber y el tiempo en segundos. Si
el circuito en que se produce la f.e.m tiene N espiras la expresión (15) toma la forma:
.

La Ley de Faraday-Henry permite sin duda el cálculo del valor numérico de la f.e.m
inducida, pero no indica el sentido de las intensidades que produce. Lenz estableció un
procedimiento que permite determinar dicho sentido. El enunciado, conocido como Ley de
Lenz, es:
« El sentido de la corriente inducida en un circuito es tal que crea un campo magnético cuyo
flujo se opone a la variación del flujo inductor »
Conviene tener presente todo lo dicho acerca de las caras magnéticas de una espira según
sea el sentido de circulación de corriente en la misma. Así, si acercamos la cara NORTE de un
imán a una espira, el número de líneas de fuerza entrantes en ella tiende a aumentar, luego,
según la Ley de Lenz, la corriente inducida debe crear un campo magnético saliente que se
oponga al aumento de líneas entrantes. Si el campo magnético es saliente, la espira
presentará una cara NORTE y por tanto, la intensidad inducida circulará en sentido antihorario

Este principio es una manera más elegante de ``adivinar'' cómo será la f.e.m. inducida en un
circuito. Por ejemplo, supongamos que tomamos una espira conductora e introducimos en ella
un imán. En este caso el flujo magnético aumenta, lo cual produce una f.e.m. inducida. ¿Qué
sentido tendrá? Aquel que se oponga a la causa que lo produce, es decir, como en este caso


es producido por un aumento del flujo magnético el circuito tenderá a disminuir dicho flujo
magnético. ¿Y cómo puede lograrse esto? Haciendo que la intensidad de corriente creada
genere a su vez un campo magnético que se oponga al anterior y disminuyendo de esta
manera el campo.
De alguna manera este es un mecanismo de “inercia'' que, en general, presentan todos los
sistemas físicos.
La justificación de la ley de Lenz puede realizarse a partir del PRINCIPIO DE
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. La producción de corriente eléctrica requiere un
consumo energético, y la acción de una fuerza desplazando su punto de aplicación supone la
realización de trabajo. En los fenómenos de inducción electromagnética es el trabajo realizado
entre espira e imán el que suministra la energía necesaria para mantener la corriente inducida.
Si no hay desplazamiento, el trabajo es nulo, no se transfiere energía al sistema y las
corrientes inducidas no pueden aparecer. Análogamente, si éstas no se opusieran a la acción
magnética del imán, no habría trabajo exterior, ni por tanto cesión de energía al sistema.

En un circuito existe una corriente que produce un campo magnético ligado al propio circuito
y que varía cuando lo hace la intensidad. Por tanto, cualquier circuito en el que exista una
corriente variable producirá una fem inducida que denominaremos fuerza electromotriz
autoinducida.

Supongamos un solenoide de N espiras, de longitud l y de sección S recorrido por una
corriente de intensidad i.
1.- El campo magnético producido por la corriente que recorre el solenoide suponemos que
es uniforme y paralelo a su eje, cuyo valor hemos obtenido aplicando la ley de Ampère

2.-Este campo atraviesa las espiras el solenoide, el flujo de dicho campo a través de todas
las espiras del solenoide se denomina flujo propio.

3.-Se denomina coeficiente de autoinducción L al cociente entre el flujo propio F y la
intensidad i.

Del mismo modo que la capacidad, el coeficiente de autoinducción solamente depende de la
geometría del circuito y de las propiedades magnéticas de la sustancia que se coloque en el
interior del solenoide. La autoinducción de un solenoide de dimensiones dadas es mucho
mayor si tiene un núcleo de hierro que si se encuentra en el vacío
La unidad de medida de la autoinducción se llama henry, abreviadamente H, en honor a
Joseph Henry.
Además, y como sabemos, cuando la intensidad de la corriente i cambia con el tiempo, se
induce una f.e.m. en el propio circuito (flecha de color rojo) que se opone a los cambios de
flujo, es decir de intensidad


Derivando respecto al tiempo la expresión del flujo propio

La fem autoinducida VL siempre actúa en el sentido que se opone a la variación de
corriente.

Un alternador es un generador eléctrico en el que a cada extremo del cuadro se sueldan
unos anillos, llamados colectores, que giran con él. Sobre estos anillos rozan libremente unas
piezas metálicas llamadas escobillas que mandan la
corriente alterna a un circuito externo.
Si el colector es único y además está dividido en
dos mitades, cada terminal de la espira está en
contacto con una mitad del colector. Al girar la espiral
sus terminales intercambian de colector cada vez que
se invierte el sentido de la corriente. En este caso, la
corriente no cambia de sentido en el circuito exterior.
A este aparato se le llama dinamo y la corriente que
suministra es continua (CC) pero de intensidad
variable.
También se pueden obtener corrientes inducidas
con la espira fija y el electroimán en movimiento. En
cualquier caso, se denomina inductor al electroimán,
inducido a la espira, rotor a la parte móvil y estator a la
fija. En general, en los alternadores, el inductor es
móvil y el inducido fijo, y en las dinamos es al revés.
La frecuencia de la corriente alterna utilizada en
Europa y Asia es de 50 Hz y en EE UU de 60 Hz. Los
circuitos oscilantes utilizados en comunicación tienen
frecuencias del orden del kHz y MHz.
La representación simbólica de un
generador de corriente alterna (CA) en
un circuito es:


En los alternadores industriales, el inductor es el rotor formado por un electroimán
multipolar, que consta de electroimanes sencillos con los
polos alternados.
El inducido tiene tantas bobinas como polos el inductor y
cuyos terminales se conectan al circuito externo. Si los
terminales del inducido se conectan en serie se producen
corrientes monofásicas.
En las corrientes trifásicas, las espiras del inducido se
agrupan en tres circuitos independientes y equidistantes, por
lo que se producen tres corrientes de la misma frecuencia y
desfasadas 120°. A cada una de estas corrientes se le
denomina fase.
Si los inducidos son idénticos, los valores máximos y
eficaces de las tres corrientes son iguales. Por tanto, la suma
de las tres intensidades instantáneas es cero.
Las diferencias de potencial sinusoidal instantáneas que
aparecen entre los extremos de cada uno de los inducidos
también están desfasadas 120° entre sí y se les denomina
tensión de fase:

. cos( )

. cos( )

. cos( )

Estas tensiones pueden aplicarse a circuitos independientes,
pero, en general, se conectan agrupadas. Para transportar
estas corrientes desde el generador al lugar de consumo se
precisan dos cables por circuito, es decir, seis cables.
Para reducirlos a tres, uno por fase, se conectan los circuitos en estrella o en triángulo.
En la conexión en estrella, los tres inducidos tienen un punto en común y el otro libre para
cada una de las fases. Del punto central de esta conexión se puede sacar un cuarto cable,
denominado neutro. Si los circuitos están equilibrados, este cable se puede eliminar, ya que la
suma de las intensidades instantáneas es cero y, en este caso, no
transporta corriente.
Esta conexión se utiliza en la salida de los transformadores que
proporcionan energía a los centros de consumo.
Si tomamos corriente entre cada uno de los hilos y el neutro,
tenemos la tensión de fase. Si se toma corriente entre dos hilos de
las fases, tenemos la tensión de línea, de forma que:
.

En la conexión en triángulo están conectados de forma que cada
dos inducidos tengan un punto en común. mo aquí
no existe el neutro, la tensión que se obtiene entre cada dos
hilos es la tensión de línea. Esta conexión se utiliza a la salida
de las centrales eléctricas y en las transformaciones intermedias.
En España se emplean corrientes trifásicas, de forma que la
tensión de fase tiene un valor eficaz de , = 220 V y, por tanto,
la tensión de línea es:

= . = 380 V


Desde las primeras aplicaciones prácticas de la electricidad se observó que al transportar la
energía a largas distancias se producían pérdidas energéticas en forma de calor por efecto joule.
La distancia entre la central eléctrica, en donde está el generador, y el lugar de consumo suele ser
de cientos de km. En este transporte se pierde energía por efecto joule, por lo que la potencia P' que
llega al lugar de consumo es menor que la potencia del generador P.
´

Para que la pérdida de energía sea mínima hay que disminuir el término todo lo que se
pueda. Algo que se puede conseguir transportando la corriente a alta tensión, para que la intensidad
sea muy pequeña. Este transporte lleva asociado el aumento de la diferencia de potencial en el
centro productor y reducirlo en el lugar de consumo de forma efectiva y sin pérdidas.
Estas dificultades fueron resueltas por Nikola Tesla (1856-1943) al construir el primer
transformador capaz de aumentar o disminuir la diferencia de potencial de la corriente.
Un transformador es un dispositivo utilizado para modificar la diferencia de potencial de la
corriente alterna y está fundado en la inducción mutua entre dos bobinas. A la bobina inductora se le
llama Primario y a la bobina en la que se induce la corriente se le denomina Secundario.
Las dos bobinas se enrollan al mismo núcleo de hierro y se aíslan entre sí. La variación temporal
de corriente en el circuito primario crea un campo magnético variable cuyas líneas de campo se
sitúan a través del núcleo ferromagnético atravesando, todas ellas, el circuito secundario.
Una corriente alterna que circule por el primario crea en el núcleo un flujo magnético también
alterno:
.

Como el campo magnético se puede considerar confinado en el núcleo de hierro, todas las líneas
de campo que atraviesan el circuito primario pasan a través del secundario. La fem inducida en el
secundario es:

.

Con Np y NS el número de espiras de los circuitos primario y secundario, respectivamente.
Dividiendo miembro a miembro, tenemos:

Eligiendo adecuadamente la relación entre las espiras, se puede obtener la diferencia de potencial
que se desee en el secundario para una determinada diferencia de potencial del primario. A la
relación entre el número de espiras de ambos devanados se le llama relación de transformación.
Si la diferencia de potencial del primario es mayor que la del secundario, al transformador se le
llama reductor o transformador de baja. En caso contrario, se le llama elevador o transformador de
alta.
En el supuesto de que no haya pérdidas de energía, la potencia de entrada en el primario es igual
a la de salida del secundario.
. .

Observamos que la intensidad de la corriente es inversamente proporcional a la diferencia de
potencial.


Con corriente continua sólo se consiguen diferencias de potencial de algunos miles de voltios,
por lo que el transporte se le encarga a la corriente alterna. Esta se genera a baja diferencia de
potencial y se transporta mediante líneas de alta tensión, hasta de 500 000 voltios. En el lugar de
consumo se reduce la tensión hasta 220 V En cada variación tensión de la cuerda de tensión se
coloca un transformador.
Los núcleos de hierro de los transformadores están formados por láminas de hierro aisladas,
en vez de trozos de hierro continuos con el fin de evitar las corrientes inducidas en la masa
metálica, llamadas corrientes de Foucault, y que consumen energía por efecto joule.
Estas corrientes se forman por circulación de los electrones dentro del material sometido a
campos magnéticos variables.
A menudo son de elevada intensidad, debido a la baja resistencia del metal por el que circulan.
Las corrientes de Foucault tienen aplicaciones como el calentamiento o fusión de materiales
colocados en recipientes de hierro situados dentro de un campo magnético al que se le somete a
bruscas oscilaciones.

Generación y transporte de electricidad es
el conjunto de instalaciones que se utilizan para transformar otros
tipos de energía en electricidad y transportarla hasta los lugares
donde se consume. La generación y transporte de energía en forma
de electricidad tiene importantes ventajas económicas debido al
costo por unidad generada. Las instalaciones eléctricas también
permiten utilizar la energía hidroeléctrica a mucha distancia del
lugar donde se genera. Estas instalaciones suelen utilizar corriente
alterna, ya que es fácil reducir o elevar el voltaje con
transformadores. De esta manera, cada parte del sistema puede
funcionar con el voltaje apropiado. Las instalaciones eléctricas
tienen seis elementos principales:
La central eléctrica
Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada
a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte
Las líneas de transporte
Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las
líneas de distribución
Las líneas de distribución
Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los
consumidores.
En una instalación normal, los generadores de la central eléctrica suministran
voltajes de 26.000 voltios; voltajes superiores no son adecuados por las dificultades
que presenta su aislamiento y por el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias.
Este voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138.000 y 765.000
voltios para la línea de transporte primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea,
menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al
cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación, el voltaje se transforma
en tensiones entre 69.000 y 138.000 voltios para que sea posible transferir la
electricidad al sistema de distribución. La tensión se baja de nuevo con
transformadores en cada punto de distribución. La industria pesada suele trabajar a
33.000 voltios (33 kilovoltios), y los trenes eléctricos requieren de 15 a 25 kilovoltios.
Para su suministro a los consumidores se baja más la tensión: la industria suele
trabajar a tensiones entre 380 y 415 voltios, y las viviendas reciben entre 220 y 240
voltios en algunos países y entre 110 y 125 en otros.


Red de energía eléctrica
En una central hidroeléctrica, el agua que cae de una presa hace girar turbinas que
impulsan generadores eléctricos. La electricidad se transporta a una estación de
transmisión, donde un transformador convierte la corriente de baja tensión en una
corriente de alta tensión. La electricidad se transporta por cables de alta tensión a las
estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante transformadores
hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas primarias pueden transmitir
electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las líneas secundarias
que van a las viviendas tienen tensiones de 220 o 110 voltios.
El desarrollo actual de los rectificadores de estado sólido para alta tensión hace
posible una conversión económica de alta tensión de corriente alterna a alta tensión
de corriente continua para la distribución de electricidad. Esto evita las pérdidas
inductivas y capacitivas que se producen en la transmisión de corriente alterna.
La estación central de una instalación eléctrica consta de una máquina motriz,
como una turbina de combustión, que mueve un generador eléctrico. La mayor parte
de la energía eléctrica del mundo se genera en centrales térmicas alimentadas con
carbón, aceite, energía nuclear o gas; una pequeña parte se genera en centrales
hidroeléctricas, diesel o provistas de otros sistemas de combustión interna.
Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en
líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes). Las
primeras se identifican a primera vista por el tamaño de las torres o apoyos, la
distancia entre conductores, las largas series de platillos de que constan los
aisladores y la existencia de una línea superior de cable más fino que es la línea de
tierra. Las líneas de distribución, también denominadas terciarias, son las últimas
existentes antes de llegar la electricidad al usuario, y reciben aquella denominación
por tratarse de las que distribuyen la electricidad al último eslabón de la cadena.
Las líneas de conducción de alta tensión suelen estar formadas por cables de
cobre, aluminio o acero recubierto de aluminio o cobre. Estos cables están
suspendidos de postes o pilones, altas torres de acero, mediante una sucesión de
aislantes de porcelana. Gracias a la utilización de cables de acero recubierto y altas
torres, la distancia entre éstas puede ser mayor, lo que reduce el coste del tendido de
las líneas de conducción; las más modernas, con tendido en línea recta, se
construyen con menos de cuatro torres por kilómetro. En algunas zonas, las líneas de
alta tensión se cuelgan de postes de madera; para las líneas de distribución, a menor
tensión, suelen ser postes de madera, más adecuados que las torres de acero. En las
ciudades y otras áreas donde los cables aéreos son peligrosos se utilizan cables


aislados subterráneos. Algunos cables tienen el centro hueco para que circule aceite
a baja presión. El aceite proporciona una protección temporal contra el agua, que
podría producir fugas en el cable. Se utilizan con frecuencia tubos rellenos con
muchos cables y aceite a alta presión (unas 15 atmósferas) para la transmisión de
tensiones de hasta 345 kilovoltios.
Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos
suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las propias líneas
de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se
proporciona a los usuarios y corregir el factor de potencia del sistema.
Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la instalación
contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación
ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de modo
automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala
produce una subida repentina de la corriente. En el momento en el que este
dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico entre sus terminales.
Para evitar este arco, los grandes cortacircuitos, como los utilizados para proteger los
generadores y las secciones de las líneas de conducción primarias, están sumergidos
en un líquido aislante, por lo general aceite. También se utilizan campos magnéticos
para romper el arco. En tiendas, fábricas y viviendas se utilizan pequeños
cortacircuitos diferenciales. Los aparatos eléctricos también incorporan unos
cortacircuitos llamados fusibles, consistentes en un alambre de una aleación de bajo
punto de fusión; el fusible se introduce en el circuito y se funde si la corriente
aumenta por encima de un valor predeterminado.

FALLOS DEL SISTEMA
En muchas zonas del mundo las instalaciones locales o nacionales están
conectadas formando una red. Esta red de conexiones permite que la electricidad
generada en un área se comparta con otras zonas. Cada empresa aumenta su
capacidad de reserva y comparte el riesgo de apagones.
Estas redes son enormes y complejos sistemas compuestos y operados por
grupos diversos. Representan una ventaja económica pero aumentan el riesgo de un
apagón generalizado, ya que si un pequeño cortocircuito se produce en una zona, por
sobrecarga en las zonas cercanas se puede transmitir en cadena a todo el país.
Muchos hospitales, edificios públicos, centros comerciales y otras instalaciones que
dependen de la energía eléctrica tienen sus propios generadores para eliminar el
riesgo de apagones.

REGULACIÓN DEL VOLTAJE
Las largas líneas de conducción presentan inductancia, capacitancia y resistencia
al paso de la corriente eléctrica. El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la
línea es la variación de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión
suministrada varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos
para regular esta variación no deseada. La regulación de la tensión se consigue con
reguladores de la inducción y motores síncronos de tres fases, también llamados
condensadores síncronos. Ambos varían los valores eficaces de la inductancia y la
capacitancia en el circuito de transmisión. Ya que la inductancia y la capacitancia
tienden a anularse entre sí, cuando la carga del circuito tiene mayor reactancia
inductiva que capacitiva (lo que suele ocurrir en las grandes instalaciones) la potencia
suministrada para una tensión y corriente determinadas es menor que si las dos son
iguales. La relación entre esas dos cantidades de potencia se llama factor de
potencia. Como las pérdidas en las líneas de conducción son proporcionales a la
intensidad de corriente, se aumenta la capacitancia para que el factor de potencia
tenga un valor lo más cercano posible a 1. Por esta razón se suelen instalar grandes
condensadores en los sistemas de transmisión de electricidad.


PERDIDA DURANTE EL TRANSPORTE
La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la ciudad
por RESISTENCIA, que provoca que la corriente eléctrica no llegue con la misma
intensidad debido a la oposición que presenta el conductor al paso de la corriente. La
resistencia que ofrece el cable depende de su:
Diámetro o área de la sección transversal. La conductividad disminuye al
disminuir el grosor del cable (a mayor diámetro, menor número del cable)
Material con que está hecho
Longitud. La conductividad de un cable es inversamente proporcional a la
longitud y la resistencia es directamente proporcional a la longitud.
Cambios de temperatura que sufre. Al paso de la corriente, la resistividad se
ve incrementada ligeramente al aumentar su temperatura.
Si la potencia transportada es P (P=I.V), y la intensidad es I, la energía disipada por efecto
Joule es:

Por lo que, en función de la potencia transportada:

, con lo que, para un valor determinado de potencia P y con una línea de resistencia fija, un
aumento en la tensión (potencial) de la línea supondrá una disminución de la energía disipada.
Ocurriría lo mismo si se disminuyese R, pero ello implicaría aumentar la sección del conductor,
y por tanto su peso y precio, por lo que se llega a un compromiso que optimice las pérdidas
energéticas frente al coste de la línea.

Está claro que a mediados del siglo pasado ya se tenía conocimiento que había alguna
relación fundamental entre la electricidad y el magnetismo: Una carga eléctrica en movimiento
puede producir una fuerza magnética que desviará la aguja de una brújula cercana, y un imán en
movimiento puede producir una corriente eléctrica en un cable cercano. Pero, aunque electricidad
y magnetismo eran evidentemente dos caras de la misma moneda, nadie sabía exactamente cuál
era esa moneda.


La formulación final del electromagnetismo fue realizada por James Maxwell en 1873, en su
famoso Tratado sobre electricidad y magnetismo. Su principal contribución fue notar que así
como un campo magnético variable crea una corriente eléctrica, algo similar ocurre con un campo
eléctrico que cambia en el tiempo, actuando como una fuente extra de campo magnético
(corriente de desplazamiento). Maxwell unificó todo el conocimiento adquirido sobre los
fenómenos eléctricos y magnéticos, por lo cual el conjunto de las cuatro ecuaciones
fundamentales de la teoría lleva su nombre. Si bien Maxwell era muy humilde e insistía en que
sólo había formulado matemáticamente las ideas de Faraday, producir las ecuaciones
fundamentales no era sólo un trabajo matemático rutinario, ya que requería clarificar y modificar
los conceptos básicos del electromagnetismo. La tarea de Maxwell fue ampliamente reconocida
por los científicos que lo siguieron, el mismo Einstein lo caracterizaba como la figura más
relevante desde la época de Newton.
Es obvio que aquellos resultados alcanzados por los trabajos de Maxwell fueron relevantes
para la física, pero comportaron además consecuencia, quizás, más significativas aún. Si
agitamos una carga eléctrica hacia arriba y abajo, produciremos debido a los cambios que hemos
generado en la carga, un campo magnético. Ahora, si estos cambios de la carga son regulares,
de hecho produciremos un campo magnético cambiante. Este campo magnético cambiante
producirá a su vez un campo
eléctrico cambiante, que a su vez
producirá un campo magnético
cambiante, y así sucesivamente.
Una alteración
«electromagnética», u onda, se
moverá hacia fuera. Para los
físicos, ello es estar frente a la
presencia de un notable resultado.
Pero lo que sí resulta ser
excepcionalmente más importante
aún, especialmente para el
desarrollo posterior de la física
teórica, es la contribución matemática de Maxwell que permite calcular, basándose solamente en
la medición de la potencia de las fuerzas eléctricas y magnéticas entre las cargas estáticas y
dinámicas, con qué velocidad se movería esa alteración. Las ecuaciones predicen que la
velocidad de esas ondas alterativas es de 300.000 kilómetros por segundo, exactamente la
velocidad de la luz tal como se había determinado ya por diversos experimentos. Maxwell llegó a
la conclusión de que estas ondas electromagnéticas eran similares a la luz, que se sabía que
tenía una naturaleza ondulatoria. De hecho, decidió, la luz visible era simplemente una de
muchas formas de energía electromagnética, que se distinguía de las otras sólo por su diferente
longitud de onda.
Uno de los grandes triunfos del trabajo de unificación realizado por Maxwell consiste en la
predicción de que, en el espacio vacío, los campos eléctricos y magnéticos se propagan como
ondas transversales oscilantes. La velocidad de estas ondas podía ser calculada a partir de un
par de constantes fundamentales, la permeabilidad eléctrica y magnética del vacío, que eran
obtenidas en sencillos experimentos eléctricos y magnéticos. Utilizando los valores de la época,
Maxwell halló que la velocidad de estas ondas era de 310.740 km/s, casi idéntica a la velocidad
de la luz, lo que lo llevó a proponer que “la velocidad es tan cercana a la de la luz, que parece
tenemos fuertes razones para concluir que la luz misma, independientemente de su origen, es
una perturbación electromagnética en la forma de ondas del campo electromagnético que se
propagan de acuerdo a las leyes del electromagnetismo”. La óptica también se rendía y podía ser
explicada en términos electromagnéticos.
No es sorprendente, de hecho, que la luz sólo resulte ser una onda electromagnética, cuya
velocidad se determina en términos de dos constantes fundamentales de la naturaleza: la
potencia de la fuerza eléctrica entre partículas cargadas y la potencia de la fuerza magnética
entre imanes. Sin embargo, esto en aquella época exacerbó un dilema. Los físicos de la época
creían que todas las ondas requerían algún medio que las transportara, del mismo modo que el
agua transporta las olas en el océano. Pero el espacio a través del cual viaja la luz de las


estrellas se consideraba en general como vacío. La solución adoptada fue postular la existencia
de un medio transportador de las ondas llamado éter, una materia insustancial e invisible que no
impedía el movimiento de los cuerpos celestes.
La comprobación experimental de la existencia de las ondas electromagnéticas fue realizada
en 1888 por Heinrich Hertz y dio lugar a una fabulosa revolución tecnológica en todos los ámbitos
de la vida humana, desde aplicaciones hogareñas hasta el desarrollo de los medios de
comunicación modernos. La teoría mostró que la radiación electromagnética existía en un amplio
rango de frecuencias, más allá de las conocidas en la época.

HEINRICH HERTZ (1857-1894), profesor de la Escuela Politécnica de
Karlsruhe, en Alemania, se interesó en la teoría electromagnética propuesta por
Maxwell. La reformuló matemáticamente logrando que las ecuaciones fueran más
sencillas, y simétricas. Desde 1884 Hertz pensó en la manera de generar y detectar
en un laboratorio las ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho. Después
de mucho trabajo y de experiencias sin éxito, en 1887 construyó un dispositivo con
el que logró su fin. El experimento que realizó fue a la vez genial y sencillo.
Utilizó un carrete o bobina de Ruhmkorff; que es un transformador que produce un
voltaje muy alto. En seguida conectó el carrete a un dispositivo formado por dos varillas de
cobre (Figura 29); en uno de los extremos de cada varilla añadió una esfera grande y en el
otro una pequeña. Cada una de las esferas grandes servía como condensador para
almacenar carga eléctrica. Una vez hecha la conexión, en cierto instante el voltaje entre las
esferas chicas era lo suficientemente grande para que saltara una chispa entre ellas. Hertz
razonó que al saltar estas chispas se produciría un campo eléctrico variable en la región
vecina a las esferas chicas, que según Maxwell debería inducir un campo magnético,
también variable. Estos campos serían una perturbación que se debería propagar, es decir,
debería producirse una onda electromagnética. De esta forma, Hertz construyó un radiador
de ondas electromagnéticas. Efectivamente, al conectar el carrete de Ruhmkorff a su
dispositivo, Hertz observó que saltaban chispas entre las esferas chicas de manera
intermitente. Así logró construir un generador de ondas electromagnéticas.

Figura 29. Esquema del aparato generador de ondas electromagnéticas construido por Hertz.

El siguiente paso fue construir un detector de las ondas electromagnéticas que supuso eran
emitidas por su dispositivo. Para este fin construyó varios detectores. Uno de ellos era simplemente
otro dispositivo similar al radiador; otro tipo fue una espira metálica en forma circular que tenía en
sus extremos dos esferas, también conductoras, separadas una pequeña distancia. El argumento de
Hertz fue el siguiente: si en efecto existen ondas electromagnéticas, al ser emitidas por el circuito se
propagarán en todo el espacio circundante. Al llegar las ondas al detector, se inducirá en él un
campo eléctrico (además del magnético) y por tanto, en las varillas conductoras o en la espira se
inducirá una corriente eléctrica. Esto hará que a través de sus extremos se induzca un voltaje, que si
llega a tener un valor suficientemente grande, dará lugar a que salte una chispa entre las esferas.
Mientras mayor sea el valor de la amplitud de la corriente eléctrica en el circuito emisor, mayor será
la magnitud del campo eléctrico inducido y por lo tanto, mayor será la diferencia de potencial entre
los extremos de la espira del receptor. Esto es precisamente lo que encontró Hertz en su
experimento. Con su detector situado a una distancia de alrededor de 30 m del radiador, observó
que saltaba una chispa entre las esferas del detector, con lo que demostró que las ondas
electromagnéticas ¡efectivamente existen! Más tarde, el mismo Hertz pudo demostrar que estas
ondas se reflejan, se refractan y se comportan como las ondas de luz (véase el capítulo XIV), hecho
considerado por la teoría de Maxwell. Así lo reportó Hertz en 1888: "Es fascinante que los procesos
que investigué representan, en una escala un millón de veces más amplia, los mismos fenómenos
que se producen en la vecindad de un espejo de Fresnel, o entre las delgadas láminas para exhibir
los anillos de Newton." Con esto, Hertz se refería a que la longitud de onda de las ondas que su
aparato produjo eran un millón de veces la longitud de onda de la luz visible.


De los valores que utilizó para los elementos del circuito, Hertz estimó que la frecuencia f de la onda era
7
de alrededor de 3 x 10 Hz. Además Hertz determinó que la longitud de la onda l era de 10 m. Con estos
valores determinó que la velocidad v de la onda es (véase la ecuación en la página 50):

, igual que el valor predicho por Maxwell, o sea, la velocidad de la luz.
De esta manera se realizó en forma brillante la primera demostración experimental de la existencia de
ondas electromagnéticas, generadas para una frecuencia (y por tanto, longitud de onda) particular.
Recordemos que como hay una relación entre la frecuencia y la longitud de onda dada por la ecuación
antes mencionada, si se conoce una se puede obtener la otra.

La luz es una forma que nos es muy familiar de
radiación electromagnética. Sin embargo, hay
otras formas de radiación electromagnética (EM),
tales como los rayos X, ondas de radio y "luz"
ultravioleta e infrarroja. Todos juntos, estos
diferentes tipos de radiación electromagnética
forman el espectro electromagnético.
Cada sección del espectro electromagnético
(EM) tiene valores característicos de los niveles
de energía, longitudes de ondas y frecuencias
asociadas con sus fotones. Los rayos gamma
tienen los mayores niveles de energía, las
longitudes de ondas más cortas y las frecuencias
más altas. En contraste, las ondas de radio tienen
la energía más baja, las longitudes de ondas más
largas y las frecuencias más bajas que cualquier
tipo de radiación (EM). En orden de energía, de
mayor a menor, las secciones del espectro
electromagnético (EM) se llaman: rayos gamma,
rayos X, radiación ultravioleta , luz visible ,
radiación infrarroja , y ondas de radio . Las
microondas (como las que se usan en los hornos
microondas) son una subsección, de la sección
de ondas de radio del espectro electromagnético
(EM).

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética (EM, por sus siglas
en Inglés) con energía extremadamente elevada. La radiación de rayos gamma tiene
longitud de onda mucho más corta que la luz visible, por lo que los fotones de rayo
gamma tienen muchísima más energía que los fotones de luz.
Los rayos gamma se encuentran en el extremo más elevado de energía del
campo electromagnético Los rayos X, que tienen energía un poco menor a la de los
rayos gamma, son vecinos de los rayos gamma en el espectro de radiación electro
magnética (EM). De hecho, los rangos espectrales de los rayos X y los rayos gamma
se sobreponen. Los rayos gamma tienen longitud de ondas de aproximadamente 100
picometros (100 x 10-12 metros) o menores, o energías por fotón de por lo menos 10
keV. Este tipo de onda electromagnética oscila en una frecuencia de 3 exahertz (EHz
ó 1018 hertz) o mayor.
No existe una marcada diferencia entre la energía más elevada de los rayos-X y
la energía más baja de los rayos gamma. De hecho, la diferencia entre los rayos-X y
los rayos gamma se basa en el orígen de radiación, no en la frecuencia o longitud de
onda electromagnética. Los rayos gamma se producen a causa de transiciones
nucleares, mientras que los rayos-X son resultado de la aceleración de electrones.


Los fotones con energías aproximadas entre 10 keV y unos cuantos cientos de keV,
pueden ser tanto rayos X duros como rayos gamma.
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética (EM) de alta energía. La
radiación de rayos X tiene longitudes de ondas mucho más cortas que la luz visible,
por lo que los fotones de rayos X tienen mucha mayor energía que los fotones de luz.
Los rayos X se encuentran entre la "luz" ultravioleta y los rayos gamma del
espectro electromagnético. Los rayos X tienen longitudes de ondas entre 10
nanómetros (10 x 10-9 metros) y 10 picometros (10 x 10-12 metros). La radiación de
rayos X oscila de 30 petahertz (PHz ó 1015 hertz) hasta 30 exahertz (EHz ó 1018
hertz).
Los rayos X se encuentran subdivididos en rayos X duros y rayos X blandos. La
baja energía de los rayos X blandos tienen longitud de onda más larga, mientras que
los rayos X duros de elevada energía tienen longitud de onda más corta. La división
entre los dos tipos de rayos X se encuentra a una longitud de onda aproximada de
100 picómetros, o a un nivel de energía aproximado de 10 keV por fotón. Los rayos X
con energías entre 10 keV y unos cuantos cientos de keV se consideran rayos X
duros.
No hay una distinción precisa entre los rayos X de mayor energía y los rayos
gamma de menor energía. De hecho, la distinción entre los rayos X y los rayos
gamma se basa en el orígen de la radiación y no en la frecuencia o longitud de onda
de las ondas electromagnéticas. Los rayos gamma se producen a causa de
transiciones nucleares, mientras que los rayos-X son resultado de la aceleración de
electrones.
Desde hace tiempo los rayos-X son utilizados para poder "ver" a través de la piel
y tejido muscular, a fin de realizar imágenes de rayos X con fines médicos durante la
examinación en busca de fractura de huesos. Los rayos X que llegan a la Tierra
desde el espacio son absorbidos por nuestra atmósfera antes de que puedan llegar a
la superficie.
La "luz" ultravioleta es un tipo de radiación electromagnética. La luz ultravioleta (UV)
tiene una longitud de onda más corta que la de la luz visible. Los colores morado y
violeta tienen longitudes de onda más cortas que otros colores de luz, y la luz
ultravioleta tiene longitudes de ondas aún más cortas que la ultravioleta, de manera
que es una especie de luz "más morada que el morado" o una luz que va "más allá
del violeta".
La radiación ultravioleta se encuentra entre la luz visible y los rayos X del
espectro electromagnético. La "luz" ultravioleta (UV) tiene longitudes de onda entre
380 y 10 nanómetros. La longitud de onda de la luz ultravioleta tiene
aproximadamente 400 nanómetros (4 000 Å). La radiación ultravioleta oscila entre
valores de 800 terahertz (THz ó 1012 hertz) y 30 000 THz.
Algunas veces, el espectro ultravioleta se subdividide en los rayos UV cercanos
(longitudes de onda de 380 a 200 nanómetros) y un rayo UV extremo (longitudes de
onda de 200 a 10 nm). El aire normal es generalmente opaco para los rayos UV
menores a 200 nm (el extremo del rayo de los rayos UV); el oxígeno absorbe la "luz"
en esa parte del espectro de rayos UV.
En términos de impactos sobre el medio ambiente y la salud de los seres
humanos (¡y en su elección de anteojos de sol!), podría ser de utilidad subdividir el
espectro de luz UV de diferente manera, por ejemplo, en UV-A ("luz negra" u onda
larga de rayos UV con longitud de onda de 380 a 315 nm), UV-B (onda mediana
desde 315 hasta 280 nm), y UV-C (el "germicida" u onda corta de rayos UV, que
oscila entre 280 y 10 nm).
La atmósfera de la Tierra previene que la mayoría de los rayos UV provenientes
del espacio lleguen al suelo. La radiación UV-C es completamente bloqueada a unos
35 km. de altitud, por el ozono estratosférico. La mayoría de los rayos UV-A llegan
hasta la superficie, pero los rayos UV-A hacen poco daño genético a los tejidos. Los
rayos UV-B son responsables de las quemaduras de Sol y el cáncer de piel, aún
cuando la mayoría es absorbida por el ozono justo antes de llegar a la superficie. Los


niveles de radiación UV-B existentes en la superfice son particularmente sensibles a
los niveles de ozono en la estratosfera.
La radiación ultravioleta causa quemaduras de la piel. También se usa para
esterilizar envases de vídrio usados en investigaciones médicas y biológicas.
La luz visible es una de las formas como se desplaza la energía. Las ondas de luz
son el resultado de vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, y es por esto que
son una forma de radiación electromagnética (EM). La luz visible es tan sólo uno de
los muchos tipos de radiación EM, y ocupa un pequeño rango de la totalidad del
espectro electromagnético. Sin embargo, podemos percibir la luz directamente con
nuestros ojos, y por la gran importancia que tiene para nosotros, elevamos la
importancia de esta pequeña ventana en el espectro de rayos EM.
Las ondas de luz tienen longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (4 000 y
7 000 Å). A medida que el arco iris se llena de matices, nuestros ojos perciben
diferentes longitudes de ondas de luz. La luz roja tiene longitudes de onda
relativamente largas, aproximadamente 700 nm (10-9 metros) de largo. La luz azul y
la luz morada tienen ondas cortas, aproximadamente 400 nm. Las ondas más cortas
vibran a mayores frecuencias, y tienen energías más elevadas. Las luz roja tiene una
frecuencia aproximada de 430 terahertz, mientras que la frecuencia de la luz azul es
de aproximadamente 750 terahertz. Los fotones rojos tienen aproximadamente 1.8
electrón-Volt (eV) de energía, mientras que cada fotón azul transmite
aproximadamente 3.1 eV.
Los vecinos de la luz visible en el espectro EM son la radiación infrarroja de un
lado, y luz ultravioleta del otro lado. La radiación infrarroja tiene longitudes de ondas
más largas que la luz roja, es por esto que oscila a una frecuencia menor y lleva
consigo menor energía. La radiación ultravioleta tiene longitudes de ondas más
cortas que la luz azul o violeta, por lo que oscila más rápidamente, y porta mayor
cantidad de energía por protón que la luz visible.
La luz viaja a la increíble velocidad de 299 792 458 kilómetros por segundo
(aproximadamente 186 282.4 millas por segundo). A esta increíble velocidad, ¡la luz
podría girar más de siete veces alrededor de la Tierra en cada segundo!. La letra "c"
minúscula se usa en las ecuaciones para representar la velocidad de la luz, como es
el caso de la famosa relación entre energía y materia de Einstein: "E = mc2". Todas
las formas de ondas electromagnéticas, incluyendo los rayos X y las ondas de radio,
y todas las demás frecuencias a lo largo del espectro EM, también viajan a la
velocidad de la luz. La luz viaja más rápidamente en el vacío, y se mueve más
lentamente en materiales como agua o vídrio.
La radiación infrarroja (IR) es un tipo de radiación electromagnética. La "luz" infrarroja
tiene una longitud de onda más larga que la luz visible. La luz roja tiene una longitud
de onda más larga que la de los demás colores de la luz; la luz infrarroja tiene una
longitud de onda aún mayor que la roja, de manera que la luz infrarroja es una
especie de luz "más roja que roja" o luz "más allá del color rojo". La radiación
infrarroja no se puede ver pero algunas veces la podemos sentir en forma de calor.
La radiación infrarroja se encuentra entre la luz visible y las ondas de radio del
espectro electromagnético. La radiación infrarroja (IR) tiene longitudes de ondas
entre 1 milímetro y 750 nanómetros. La longitud de onda de la luz roja tiene 700
nanómetros (o 7 000 Å). La radiación infrarroja oscila con frecuencias entre 300
gigahertz (GHz ó 109 hertz) y 400 terahertz (THz ó 1012 hertz).
El espectro infrarrojo se puede subdividir en infrarrojo lejano (1 mm a 10 µm
longitud de onda), infrarrojo medio (10 a 2.5 µm longitud de onda), y casi infrarrojo (2
500 a 750 nm longitud de onda). La porción del IR lejano que incluye la longitudes de
onda entre 100 y 1 000 µm, es algunas veces conocida como infrarrojo extremo. Las
fronteras no siempre son obvias, y las diferencias entre la IR extrema y las
frecuencias de radio de microondas son poco obvias.
Podemos sentir el calor de la radiación infrarroja. El calor que sienten nuestras
manos cuando las colocamos cerca de la hornilla de una cocina, una vez que se ha
apagado la hornilla (y ya no está al rojo vivo) y que aún no está completamente fría
es, radiación infrarroja.


La atmósfera de la Tierra es opaca en gran parte debido a la parte infrarroja del
espectro. El vapor de agua, dióxido de carbono, metano y otros gases invernaderos
tienden a absorber la radiación infrarroja (IR), atrapando calor adicional en la
atmósfera inferior de la Tierra.
Los lentes de visión nocturna, así como el control remoto de una TV usan "luz"
infrarroja para poder funcionar.
Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética. Una onda de radio
tiene una longitud de onda mayor que la luz visible. Las ondas de radio se usan
extensamente en las comunicaciones.
Las ondas de radio tienen longitudes que van de tan sólo unos cuantos
milímetros (décimas de pulgadas), y pueden llegar a ser tan extensas que alcanzan
cientos de kilómetros (cientos de millas). En comparación, la luz visible tiene
longitudes de onda en el rango de 400 a 700 nanómetros, aproximadamente 5 000
menos que la longitud de onda de las ondas de radio. Las ondas de radio oscilan en
frecuencias entre unos cuantos kilohertz (kHz o miles de hertz) y unos cuantos
terahertz (THz or 1012 hertz). La radiación "infrarroja lejana", sigue las ondas de
radio en el espectro electromagnético, los IR lejanos tienen un poco más de energía y
menor longitud de onda que las de radio.
Las microondas, que usamos para cocinar y en las comunicaciones, son
longitudes de onda de radio cortas, desde unos cuantos milímetros a cientos de
milímetros (décimas a decenas de pulgadas).
Varias frecuencias de ondas de radio se usan para la televisión y emisiones de
radio FM y AM, comunicaciones militares, teléfonos celulares, radioaficionados, redes
inalámbricas de computadoras, y otras numerosas aplicaciones de comunicaciones.
La mayoría de las ondas de radio pasan libremente a través de la atmósfera de la
Tierra. Sin embargo, algunas frecuencias pueden ser reflejadas o absorbidas por las
partículas cargadas de la ionosfera.


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