VIII. LAS FUENTES DE LA LUZ

LAS 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.

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).

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.

Figura 34. El espectro de las ondas electromagn�ticas y las dimensiones de los sistemas de cargas que las producen.