Espectrofotometria

Espectrometría de absorción

Ultravioleta y visible (UV-Vis)

1. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

1.1 INTRODUCCIÓN

Los campos eléctricos y magnéticos pueden clasificarse en dos categorías generales. La primera incluye campos que no varían o cambian con el tiempo. El campo electrostático originado por una distribución de cargas en reposo y el campo magnético originado por una corriente estacionaria que circula por un conductor, son ejemplos de campos que, aunque pueden variar de un punto a otro del espacio, no varían con el tiempo en cada punto individual. En tales situaciones ambos campos pueden tratarse independientemente, sin tener en cuenta las interacciones entre ellos.

La segunda categoría incluye aquellas situaciones en las que los campos varían con el tiempo y en todos esos casos no es posible tratarlos independientemente. La ley de Faraday dice que si un campo magnético, H, varía con el tiempo actúa como una fuente de campo eléctrico y según la ley de Ampere un campo eléctrico, E, variable actúa como una fuente de campo magnético.

De este modo cuando uno de los campos varia con el tiempo, se induce un campo del otro tipo en las regiones adyacentes del espacio. Esto lleva por lógica a considerar la posibilidad de una perturbación electromagnética, consistente en campos eléctrico y magnético que varían con el tiempo, que pueden propagarse de una región a otra del espacio aunque no haya materia en la región intermedia. Tal perturbación tendrá las propiedades de una onda y un término adecuado para designarla es el de onda electromagnética.

El campo eléctrico, E, y el campo magnético, H, en una onda electromagnética no son independientes sino que están relacionados por:

H= (0 /  0 )1/2 E siendo  0 y 0 constantes de la ley de Faraday y Ampere respectivamente, donde 0 es la permitividad eléctrica del vacío 0 = 8.854185x1012C2 N-1 m2, y 0 es la permeabilidad magnética del vacío  0 = 4 x 10-7 T A-1m.( T= tesla, C= coulomb, N= newton, m=metro), 0 y 0 están relacionadas por: c2 = 1 /  0  0 donde c es la velocidad de la luz.

Las ondas electromagnéticas tienen existencia real y es un hecho conocido que las transmisiones de radio y televisión, la luz, los rayos X y muchos otros fenómenos son ejemplos de radiación electromagnética.

La propagación de las ondas electromagnéticas de acuerdo con las leyes de la electrodinámica, leyes de Ampere y Faraday, esta dada por : c = 1 / ( 0  0)1/2 (siendo 0 = 8.854185x 10-12 C2N-1m-2 y 0 = 4 x 10-7TA-1m) relación cuyo valor es otra constante y que se reconoce como la velocidad de la luz. Así la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es la velocidad de la luz.

Siendo la velocidad de la luz ( C ) en el medio (c en el vacío):

Algunas características importantes de todas las ondas electromagnéticas son:

1. Los campos eléctricos, E, y los campos magnéticos, H, son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de la onda, es decir, la onda es transversal.

2. Existe una razón definida entre E y H.

3. La onda viaja en el vacío con una velocidad definida e invariable.

La velocidad de la luz en el vacío es una de las constantes fundamentales de la naturaleza y de las mediciones realizadas hasta 1976, el valor más probable de la velocidad de la luz es: c = 2,9979246 x 108 ms-1 que se considera correcto dentro de un error de más o menos 2 metros.

Las ondas electromagnéticas se modifican a medida que pasan a través de un medio material. El medio puede ser un sólido, un líquido, un gas o un plasma. A medida que las ondas se propagan en el medio, cada partícula cargada modifica sus campos eléctricos y magnéticos. Consecuentemente, la propagación característica de la onda cambia. Uno de estos cambios es simplemente el cambio en la velocidad de propagación de la misma.

Ondas electromagnéticas sinusoidales: En cualquier punto del espacio, los campos E y H son funciones sinusoidales del tiempo y en cualquier instante de tiempo, la variación espacial de los campos es también sinusoidal. Las ondas sinusoidales más sencillas tienen la propiedad de que en cualquier instante los campos son uniformes sobre cualquier plano perpendicular a la dirección de propagación. Tal onda se llama onda plana y se propaga con velocidad c, como E y H son perpendiculares a la dirección de propagación, la onda es transversal.

La frecuencia,  , la longitud de onda,  , y la velocidad de propagación, c, están relacionadas por la ecuación aplicable a cualquier clase de movimiento ondulatorio periódico, es decir, c =  . 

Animación de flash sobre conceptos de ondas

La figura anterior ilustra una onda electromagnética sinusoidal que se puede expresar matemáticamente así: Y= Asen(wt-kx) o Y= Asen(2  t - 2 x/ ), donde Y es el desplazamiento transversal en el instante t, de un punto de coordenada x, A es el desplazamiento máximo o amplitud de la onda , w su frecuencia angular igual a 2  , y k es la constante de propagación igual a 2 /

La ecuación de la onda también puede escribirse como: Y = A(sen. 2  t +  ) donde  es el ángulo de fase.

Las ecuaciones de una onda electromagnética que se propaga son entonces:

E = Emax sen (wt-kx) y H = Hmaxsen (wt - kx)

donde Emax y Hmax son las amplitudes de los campos eléctricos y magnético.

Las curvas de la figura siguiente, representan valores instantáneos de E = campo eléctrico y H= campo magnético, en función de x en el instante t = 0 con velocidad de propagación igual a c.

Propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio

Energía de las ondas electromagnéticas: La densidad de energía total ,u ,en una región del espacio donde estén presentes los campos E y H, esta dada por:

u= 0E2 /2 + 0H2/2

Cuando la onda electromagnética se propaga, los campos E y H avanzan con el tiempo hacia regiones donde inicialmente no había campos, es evidente entonces que la onda transporta energía de una región a otra. Esta transferencia de energía esta convenientemente definida considerando la energía transferida por unidad de tiempo y de área transversal, para un área perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Esta cantidad se designa con la letra S e indica la potencia transmitida por la onda electromagnética.

S = du /A dt = EH = EmaxHmax[1- cos2(wt- kx)] .1/2

El valor medio en el tiempo de cos2(wt-kx) es cero, de modo que:

Smedio = (EmaxHmax ) 1/2

Que corresponde a la potencia media transmitida por unidad de área que se denomina intensidad de la radiación.

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