1.2 Energía de las ondas electromagnéticas

Animación 1. Applets de Física Walter Fendt. Uso educativo


En una onda electromagnética, un campo magnético oscilante induce un campo eléctrico oscilante, el cual a su vez induce un campo magnético oscilante y así sucesivamente. Esta perturbación se propaga a la velocidad de la luz.

Todas las ondas electromagnéticas tienen la misma naturaleza y se propagan con la misma velocidad, pero cada clase se caracteriza por su longitud de onda() y su frecuencia().

Una de las características importantes de una onda electromagnética es que puede transportar energía de un punto a otro. En 1900, Max Planck afirmó que la radiación era emitida en forma de cuantos, paquetes de energía de frecuencia determinada, a los que Einstein llamó fotones, y la energía de un cuanto (fotón) está dada por:

donde h es la constante de Planck, de valor h = 6,63·10-34 J·s, y la frecuencia de la radiación.

La energía total de una determinada radiación es igual al número de fotones que contiene, N, por la energía de cada uno de ellos:

 

 

La potencia es igual al número de fotones por unidad de tiempo por la energía de uno de ellos:

 

 

y la intensidad al número de fotones por unidad de área y de tiempo por la energía de uno de ellos:

 

 

Las ondas electromagnéticas transportan también momento lineal. Es decir, es posible ejercer una presión sobre un objeto dirigiendo luz sobre él (presión de radiación).

Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto

La radiación solar en un punto de la superficie terrestre es de 1.1 kW/m2 de intensidad. ¿Cuál es la potencia luminosa que recibe una placa solar de 2 m2 de superficie, colocada perpendicularmente a la dirección de los rayos?


¿Qué energía recibe una piscina de 60 m2, si los rayos inciden perpendicularmente, en 6 horas?


Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto

Una onda electromagnética posee una longitud de onda de 550 nm y una intensidad de 100 W/m2. ¿qué energía posee cada uno de los fotones que componen dicha onda? ¿Cuántos fotones por segundo y por metro cuadrado atraviesan una sección perpendicular a la dirección de propagación de la onda?

Imagen 5.Agonzalezarias. Dominio público

La velocidad de la luz en el vacío es 3·108 m/s. Constante de Planck h = 6,6·10-34 J·s


Icono de iDevice AV - Reflexión

Una luz de 5·1015 Hz llega perpendicularmente a la superficie de una mesa de 0,5 m2 de superficie. La intensidad de la onda es de 500 W/m2 y la velocidad de la luz 3·108 m/s. (Constante de Planck h= 6,6·10-34 J·s) Calcula:

  • a) Su longitud de onda.
  • b) La energía de cada fotón que la compone.
  • c) El número de fotones que inciden sobre la mesa en un minuto.