Ejercicio T2 · Física PAU Murcia Ordinaria 2023

Ondas electromagnéticas.

Solución: 1. Naturaleza y origen: Las ondas electromagnéticas (OEM) fueron predichas teóricamente por James Clerk Maxwell a partir de sus ecuaciones y confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz. Se originan por la aceleración de cargas eléctricas. Una variación en el tiempo del campo eléctrico induce un campo magnético variable, y viceversa, propagándose conjuntamente en el espacio de forma autoinducida. 2. Características principales: - Ondas transversales: Los vectores campo eléctrico $\vec{E}$ y campo magnético $\vec{B}$ oscilan en fase y son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación (vector de Poynting $\vec{S} \propto \vec{E} \times \vec{B}$). - Relación de amplitudes: En cualquier instante se cumple $\frac{E}{B} = c$ (en el vacío). - Velocidad de propagación: No necesitan un medio material para propagarse (pueden viajar por el vacío). En el vacío se propagan a la velocidad de la luz: $$c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} \approx 3 \cdot 10^8\ \mathrm{m/s}$$ En un medio material viajan con velocidad $v = c/n < c$. - Relación fundamental de onda: $c = \lambda \cdot f$. - Transportan energía y momento lineal, pero no materia. 3. El espectro electromagnético: Es la distribución continua de las OEM ordenadas según su frecuencia $f$ o longitud de onda $\lambda$ ($E = hf$): - Ondas de radio: Menor frecuencia y mayor $\lambda$ (telecomunicaciones). - Microondas: Radar, telefonía móvil, hornos microondas. - Infrarrojo (IR): Radiación térmica. - Visible: Espectro perceptible por el ojo humano (aprox. $400\text{--}700\ \mathrm{nm}$). - Ultravioleta (UV): Mayor energía que el visible, ionizante en sus bandas más energéticas. - Rayos X: Alta energía, aplicaciones médicas y de análisis estructural. - Rayos gamma ($\gamma$): Mayor frecuencia y energía, origen nuclear.