VIII. LAS FUENTES DE LA LUZ
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AS IDEAS
de Maxwell produjeron otro resultado de enorme importancia: explicaron c�mo se produce la luz. �sta se produce moviendo cargas el�ctricas. La onda electromagn�tica m�s sencilla se produce haciendo oscilar el sistema de cargas m�s sencillo. Este sistema, llamado dipolo el�ctrico, est� formado por dos cargas el�ctricas iguales y de signos opuestos; esto es, por una carga positiva y otra igual pero negativa. Es el sistema m�s sencillo porque nuestro universo es el�ctricamente neutro y al producirse una carga el�ctrica de un signo siempre se produce una carga igual del signo opuesto. La figura 32 muestra, en cierto momento, las fuerzas el�ctricas que se producen alrededor de un dipolo el�ctrico oscilante. Estas fuerzas oscilan en cada punto a la misma frecuencia con la que oscila el dipolo. Si uni�ramos por una superficie los extremos de todas las fuerzas el�ctricas, las ver�amos ondular alej�ndose del dipolo, como las ondas circulares de la figura 22 generadas al perturbar la superficie del agua tranquila.
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Figura 32. La longitud de las ondas de radio es de cientos de metros y se producen en sistemas de cargas el�ctricas en movimiento, llamados antenas, que tienen dimensiones comparables; de unos 100 a 200 m.
Las ondas de radio y de televisi�n son como �stas. Se generan haciendo oscilar cargas el�ctricas por un conductor de cargas, generalmente vertical, llamado antena. Estas ondas difieren de las ondas de luz solamente en la frecuencia; las de radio tienen frecuencias entre millones y miles de millones de hertzios (megahertzios, MHz, a gigahertzios, GHz), y las de luz tienen frecuencias de decenas de billones de hertzios (tera hertzios, THz). Las ondas electromagn�ticas de radio fueron producidas artificialmente por primera vez en 1887 por el f�sico alem�n Heinrich Hertz, quien adem�s midi� su velocidad de propagaci�n y comprob� que es igual a la de la luz; tal y como hab�a predicho Maxwell.
Las ondas producidas por un cuerpo luminoso, responsables de los fen�menos de difracci�n y de interferencia, se producen por el movimiento de las part�culas con carga el�ctrica con que est�n construidos los �tomos y las mol�culas del cuerpo. Debido a que estos movimientos ocurren en todas direcciones y no s�lo en una como sucede en una antena vertical, la onda electromagn�tica producida por cada punto luminoso es esf�rica y se propaga en todas direcciones. La perturbaci�n que se propaga est� formada por las fuerzas el�ctrica y magn�tica producidas por las cargas en movimiento y no requiere de un medio material para propagarse, ya que puede hacerlo en el espacio vac�o. Es dif�cil representar estas ondas por un dibujo sobre un papel porque las fuerzas el�ctrica y magn�tica son perpendiculares entre s� y perpendiculares, a su vez, a la direcci�n de propagaci�n de la onda. La figura 33 muestra c�mo se ver�an, en cierto instante, las fuerzas magn�ticas de una onda esf�rica alrededor de las cargas que las producen. La fuerza en cada punto oscila continuamente de manera que las esferas que pasan, por ejemplo, por los m�ximos de las fuerzas, se alejan de su centro a la velocidad de propagaci�n de la luz. Excepto porque las fuerzas son perpendiculares a la direcci�n de propagaci�n, Huygens postul� correctamente la existencia de estas ondas para explicar los fenomenos de refracci�n de la luz (Figura 28), y Young para explicar los de interferencia y de difracci�n (Figuras 17 y 23).
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Figura 33. Las fuerzas magn�ticas en una onda electromagn�tica esf�rica. Las fuerzas avanzan a la velocidad de la luz ocupando esferas cada vez mayores.
Todas las ondas electromagn�ticas se generan por sistemas de cargas el�ctricas en movimiento. En general, la longitud de la onda producida es comparable a las dimensiones del sistema de cargas; por ejemplo, las ondas de radio tienen longitudes de onda de m�s o menos 300 m y las antenas de transmisi�n de radio son tambi�n de unos 100 o 200 metros de longitud (Figura 32). La longitud de las ondas electromagn�ticas, llamadas com�nmente "microondas", es de unos 12 cm. Las ondas se producen en instrumentos electr�nicos, llamados "magnetrones", con esas dimensiones aproximadas. Las ondas electromagn�ticas que llamamos luz tienen una longitud de unos 0.0005 mm, lo que indica que se generan en sistemas microsc�picos de cargas el�ctricas de dimensiones comparables. Estos sistemas tienen un di�metro aproximado de 0.00001 mm y se llaman �tomos, o mol�culas. Toda la materia est� compuesta por �tomos o mol�culas de distintas especies; todos est�n compuestos por cargas el�ctricas y, por lo tanto, todos son susceptibles de producir ondas electromagn�ticas. Adem�s de ondas de luz, estos sistemas pueden producir ondas de mayor longitud, llamadas radiaci�n infrarroja, y ondas de menor longitud llamadas radiaci�n ultravioleta y rayos X, que no pueden ser percibidas directamente por el ojo. En el interior de los �tomos y de las mol�culas existen adem�s sistemas de cargas el�ctricas mucho m�s peque�os, unas cien mil veces m�s peque�os, los llamados n�cleos at�micos que son susceptibles de producir radiaci�n electromagn�tica de mucho menor longitud que la de la radiaci�n ultravioleta o que la de los rayos X. Estas ondas electromagn�ticas se llaman rayos gamma y tampoco pueden ser percibidos por la vista. Al conjunto de los distintos tipos de ondas electromagn�ticas se le llama espectro electromagn�tico. La figura 34 muestra sus longitudes de onda, sus frecuencias y las dimensiones de los sistemas de cargas el�ctricas que las producen.
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Figura 34. El espectro de las ondas electromagn�ticas y las dimensiones de los sistemas de cargas que las producen.
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