Page 309 - Quimica - Undécima Edición

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica 279

acuerdo con esta teoría, una onda electromagnética tiene un componente de campo eléc-
trico y un componente de campo magnético . Ambos tienen la misma longitud de onda y
frecuencia y, por lo tanto, igual velocidad, pero viajan en planos perpendiculares entre sí
(fi gura 7.3). La trascendencia de la teoría de Maxwell estriba en que aporta una descripción
matemática del comportamiento general de la luz. En particular, el modelo de Maxwell
describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación a través
del espacio como una vibración de campos magnético y eléctrico. La radiación electro-
magnética es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas. En las páginas fi nales de este libro se
8
Las ondas electromagnéticas viajan a 3.00 3 10 metros por segundo o 186 000 proporciona un valor más exacto de la
millas por segundo en el vacío (cantidades redondeadas). Esta velocidad varía según el velocidad de la luz.
medio, pero no lo sufi ciente para modifi car de manera sustancial los cálculos. Por con-
vención, la velocidad de las ondas electromagnéticas, que comúnmente se llama velocidad Componente del
z campo eléctrico
de la luz , se expresa con el símbolo c. La longitud de onda de las ondas electromagnéti-
y
cas se expresa por lo común en nanómetros (nm).

x
Ejemplo 7.1
Componente del
La longitud de onda de la luz verde de un semáforo es de alrededor de 522 nm. ¿Cuál es la campo magnético
frecuencia de esta radiación?
Figura 7.3 Componentes del
campo eléctrico y del campo
Estrategia Se nos proporciona la longitud de onda de una onda electromagnética y se nos
magnético de una onda
pide calcular su frecuencia. Al reorganizar la ecuación (7.1) y reemplazar u con c (velocidad
electromagnética. Ambos
de la luz) resulta
componentes tienen la misma
longitud de onda, frecuencia y
c
n5 amplitud, pero vibran en dos
l planos recíprocamente
perpendiculares.
Solución Debido a que la velocidad de la luz se da en metros por segundo, es conveniente
29
primero convertir la longitud de onda en metros. Recuerde que 1 nm 5 1 310 m (vea la
tabla 1.3). Escribimos
29
1 3 10 m
29
l 5 522 nm 3 5 522 3 10 m
1 nm
27
5 5.22 3 10 m
8
Al sustituir la longitud de onda y la velocidad de la luz (3.00 3 10 m/s), la frecuencia es
8
3.00 3 10 m/s
n5
27
5.22 3 10 m
14
14
5 5.75 3 10 /s, o 5.75 3 10 Hz
14
Verifi cación La respuesta muestra que cada segundo pasan 5.75 3 10 ondas por un
punto fi jo cada segundo. Esta alta frecuencia concuerda con la enorme velocidad de la luz. Problema similar: 7.7.
Ejercicio de práctica ¿Cuál es la longitud de onda (en metros) de una onda electromagné-
7
tica que tiene una frecuencia de 3.64 3 10 Hz?
La fi gura 7.4 muestra diversos tipos de radiación electromagnética con distinta longi-
tud de onda y frecuencia. Las ondas largas de radio se transmiten mediante grandes ante-
nas, como las que se utilizan en las telecomunicaciones. Las ondas de luz visible , más
cortas, se deben al movimiento de los electrones en los átomos y moléculas. Las ondas más
cortas , que también tienen la frecuencia más alta, se relacionan con los rayos g (gamma) ,
que se forman durante los cambios ocurridos dentro del núcleo del átomo (vea el capítu-
lo 2). Como veremos enseguida, a medida que aumenta la frecuencia, la radiación es más
energética. Así, la radiación ultravioleta , los rayos X y los rayos g son radiaciones de
alta energía .