Espectre electromagnètic

Col·laboració de Laura Torres per al capítol Música visual

L’espectre electromagnètic o espectre és el rang de totes les radiacions electromagnètiques possibles. Cada objecte té una radiació electromagnètica diferent, i l’espectre és la manera en què aquest es distribueix.

L’espectre electromagnètic s’estén des de les baixes freqüències usades per la ràdio moderna (extrem de l’ona llarga) fins els raigs gamma (extrem de l’ona curta), que cobreixen longituds d’ona compreses entre els milers de kilòmetres i una fracció de la mida d’un àtom. Es creu que el límit de la longitud d’ona curta està a prop de la longitud Planck, mentre que el límit de la llarga és l’univers mateix, encara que en principi l’espectre sigui finit i continu.

L’espectre cobreix l’energia d’ones electromagnètiques que tenen longituds de ona diferents. Les freqüències de 30Hz i més baixes poden ser produïdes per certes nebuloses estel·lars i son importants pel seu estudi.

L’energia electromagnètica es pot definir amb tres característiques principals de la ona. Una longitud d’ona particular l (en el buit) té una freqüència associada f i una energia fotònica E amb certa amplitud. Així l’espectre electromagnètic pot expressar-se en termes de qualsevol d’aquestes variables, que estan relacionades mitjançant equacions. La unitat de mesura de la freqüència és el cicle o hertz (Hz) per segon.

D’aquesta manera, les ones electromagnètiques d’alta freqüència tenen una longitud d’ona curta i energia alta; les ones de freqüència baixa tenen una longitud d’ona llarga i energia baixa.

Sempre que les ones de llum (i altres ones electromagnètiques) es troben en un mitjà, la seva longitud d’ona es redueix. Les longituds d’ona de la radiació electromagnètica, sense importar el mitjà pel qual viatgen, son, pel general, citades en termes de longitud d’ona en el buit, encara que no sempre es declara explícitament.

Generalment, la radiació electromagnètica es classifica per la longitud d’ona: ones de ràdio (entre freqüències extremadament curtes, de 3 a 30 Hz; i les extremadament llargues, de 30 a 300 GHz; microones (entre 1 GHz i 300 GHz); infraroja (0,7 a 100 micròmetres, associada al calor); regió visible o llum (de 0,4 a 0,8 micrómetros); raigs ultraviolats (de 4 a 400 nm); raigs X (10 a 0,1 nanómetros) i raigs gamma.

El comportament de la radiació electromagnètica depèn de la seva longitud de ona. Com hem explicat abans, les freqüències més altes tenen longituds d’ona més curtes i les inferiors més llargues. Quan la radiació electromagnètica interacciona amb àtoms i molècules, el seu comportament també depèn de la quantitat d’energia que transporta. La radiació electromagnètica pot dividir-se en octaves, tal com fan les ones sonores.

L’espectroscòpia pot descobrir una regió molt més ampla de l’espectre que el rang visible de 400nm a 700nm. Un espectroscopi de laboratori comú pot descobrir longituds d’ona des de 2nm a 2500nm. Amb aquest tipus d’aparells se pot obtenir informació detallada sobre les propietats físiques de objectes, gases o inclús esteles. La espectrometria es fa servir sobre tot en astrofísica.

Encara que el sistema de classificació sol ser precís, en realitat existeix certa transposició entre tipus veïns d’energia electromagnètica. Per exemple, les ones de ràdio a 60 Hz poden ser rebudes i estudiades per astrònoms, o poden ser conduïdes al llarg de cables com energia elèctrica. També alguns raigs gamma de baixa energia realment tenen una longitud d’ona més llarga que alguns raigs X de gran energia. Això es possible perquè raig gamma és el nom que se li dona als fotons generats en la descomposició nuclear u altres processos naturals i subnuclears, mentre que els raigs X son generats per transicions electròniques que impliquen electrons interiors molt energètics. Per tant, la diferència entre raig gamma i raig X està relacionada amb la font de radiació més que amb la longitud d’ona de la radiació. Generalment, les transicions nuclears son molt més energètiques que les transicions electròniques, així que els raigs gamma solen ser més energètics que els X. Tanmateix, hi han transicions nuclears de baixa energia que produeixen raigs gamma que son menys energètics que alguns dels raigs X de major energia.

Col·laboració de Laura Torres per al capítol Música visual