Clase IR, VISIBLE,UV 2016 Cris File

ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS
(OEM)
UV, Visible, IR
Radiaciones, medio ambiente y ser humano
CURE
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Cristina Bañobre
Radiación Electromagnética
Es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes,
que se propagan a través del espacio transportando energía de un
lugar a otro
Cada partícula genera lo que
se llama un campo, por eso
también se dice que es
producida por la oscilación de
un campo eléctrico, en
relación con un campo
magnético asociado.
Estas radiación genera unas
ondas
que
se
pueden
propagar (viajar) por el aire e
incluso por el vacío.
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Dualidad onda-corpúsculo
La hipótesis de Planck supone que la luz tiene carácter corpuscular y
ondulatorio, es decir se puede comportar como onda y como
partícula.
El fotón es la partícula portadora de todas las formas de radiación
electromagnética.
Cada fotón tiene una energía directamente proporcional a la frecuencia
de la onda asociada, dada por la relación de Planck:
E = h.
energía
Constante
de Planck
c = .
frecuencia
A mayor longitud de onda menor
frecuencia (menor energía)
Velocidad
de la luz en
Longitud
el vacío
de onda
frecuencia
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Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia
o su energía en el Espectro Electromagnético
Longitud de onda()
(metros)
Radio
Microondas
IR
Visible
UV
Rayos-X
Rayos γ
Frecuencia
(Hz)
Menor energía
Mayor energía
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EN EL VACÍO
Velocidad de
propagación de
OE
c
1
 0 0
Permitividad
eléctrica
Permeabilidad
magnética
MEDIO ≠ VACÍO
Velocidad de
propagación
de OE
v
Permitividad
eléctrica
  0
  0
1

Permeabilidad
magnética
vc
vc
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La desviación de un rayo de luz al cambiar de medio será diferente para
cada color (para cada longitud de onda)
La luz blanca es la suma de haces de luz de distintas longitudes de onda,
que son desviadas de manera diferente. Este fenómeno se
llama dispersión
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Tipo de radiación EM
Radiación γ
Rayos-X
Radiación UV
Luz visible
Radiación IR
Ondas de radio
Usos típicos

Radioterapia
La más corta
Placas de rayos-X
Camas solares
Visión
Comunicación por
fibras ópticas
Señal de televisión La más larga
Frecuencia Energía
Mayor
Mayor
Menor
Menor
Las ondas más cortas vibran a mayores frecuencias y
tienen energías más elevadas
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RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
 entre 100 – 400 nm
400nm
400nm
320nm
UVC: 200 – 280 nm
UVB: 280 – 320 nm
UVA: 320 – 400 nm
280nm
UV cercano
200nm
100nm
100nm
UV lejano (vacio):
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100 – 200 nm
El sol es nuestra fuente natural primaria de radiación UV
El oxígeno y el ozono estratosféricos absorben entre el 97 y el 99% de
la radiaciones UV de entre 150 y 300 nm, procedentes del sol.
UV-A
Esta sub-banda se extiende de 320 a 400 nm.
Es la más cercana al espectro visible. No es absorbida por el ozono.
Llega totalmente a la superficie terrestre.
Al entrar en contacto con la piel hacen que tome color más dorado.
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UV-B
Esta sub-banda se extiende de 280 a 320 nm.
Es absorbida casi totalmente por el ozono, aunque algunos rayos UV-B
pueden llegar a la superficie, dependiendo mucho de la latitud y la altura
sobre el nivel del mar del lugar.
También influye la cubierta de nubes que protege más cuanto más gruesa
es y la proximidad a las zonas industriales porque la contaminación con
ozono troposférico típica del smog fotoquímico filtra estas radiaciones
Radiación muy dañina para el ADN. Provoca melanona y otros tipos de
cáncer de piel.
UV-C
Esta sub-banda se extiende de 200 a 280 nm.
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Banda de radiación muy peligrosa, pero es absorbida directamente por el
ozono y el oxígeno.
CAPA DE OZONO u OZONOSFERA
• Zona de la estratosfera terrestre
que contiene una concentración
relativamente alta de ozono. Se
extiende aproximadamente de los 10
km a los 50 km de altitud.
• Reúne el 90% del ozono presente
en la atmósfera y absorbe del 97% al
99% de la radiación ultravioleta de
alta frecuencia (UV-C, parte UV-B)
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CAPA DE OZONO u OZONOSFERA
• El ozono actúa como filtro, o escudo protector, de las radiaciones
nocivas, y de alta energía. Permitiendo que pasen otras como
la ultravioleta de onda larga.
• Esta radiación ultravioleta es la que permite la vida en el planeta, ya
que es la que permite que se realice la fotosíntesis, que se encuentra en
la base de la pirámide trófica.
• El 10% de ozono restante está contenido en la troposfera, es peligroso
para los seres vivos por su fuerte carácter oxidante
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Formación del ozono (O3)
Ozono(O3)
El ozono es la forma alotrópica del oxígeno, que sólo es
estable en determinadas condiciones de presión y temperatura.
Es un gas compuesto por tres átomos de oxígeno (O3)
El ozono se produce mediante la siguiente
reacción:
O2 + hν −> O+ O
O + O2 −> O3
el oxígeno molecular que se
encuentra en las capas altas de
la atmósfera es bombardeado
por la radiación solar
Reacción
rápida
Radiación
UV
Oxígeno
molecular y
atómico
Posteriormente, la radiación solar convierte una
molécula de ozono en una de oxígeno biatómico
y un átomo de oxígeno sin enlazar:
O3 + hν −> O2 + O
Durante la fase oscura, el oxígeno monoatómico (altamente reactivo), se combina
con el ozono de la ozonosfera para formar: O3 + O −> 2O2
Para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera esta reacción
fotoquímica debe hacerse en perfecto equilibrio, pero estas reacciones son
t
fácilmente perturbables por moléculas, como los compuestos clorados (como los
clorofluorocarbonos) y los compuestos bromurados
Factores que influyen en la acción de la exposición solar
Altitud: la intensidad es más elevada cuanto más grande es la altitud.
Oblicuidad: se recibe diferente intensidad según el ángulo de incidencia
sobre la superficie terrestre.
Latitud: en una misma estación hay diferente oblicuidad de los rayos
solares.
Clima: las nubes y la humedad absorben las radiaciones.
Superficie: la reflexión de los rayos solares varía según la superficie:
Nieve
85%
Arena seca
17%
Agua
5%
Hierba
3%
Asfalto
2%
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¿Para que se utiliza la radiación UV?
Ejemplos
• esterilizar salas de hospitales
• mantenimiento de cuartos asépticos
• envasado de medicinas en la industria farmacéutica
• tratamiento de superficies contaminadas en la industria de alimento y
de leche
•Análisis químico: Espectrometría UV
determinación cuantitativa de los componentes de soluciones de iones
de metales de transición y compuestos orgánicos altamente
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conjugados
Esterilización ultravioleta
• Proceso de destrucción de toda vida microbiana por medio de una luz UV
• Tratar aguas, aire o superficies contaminadas biológicamente
• La desinfección de líquidos mediante uso de luz ultravioleta tiene muchas
ventajas, ya que no deja residuos y tampoco altera su composición o propiedades
como hacen otros tratamientos de carácter químico
• Estos filtros UV interceptan e inoculan los gérmenes a su paso por la luz
ultravioleta
• Además la radiación UV destruye algas y protozoos inhabilitando su expansión y
contaminación
• Los microorganismos son aspirados por el equipo, donde en función de la dosis
empleada se elimina hasta un 99,9 % mediante la aplicación de rayos UV de onda
corta (UV-C)
• La luz UV no tiene poder de penetración, por lo que es útil para matar
microorganismos en las superficies. Las radiaciones de luz UV más germicidas son
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las de largo de onda de 260 nm.
Efectos para la salud y los seres
vivos de las radiaciones UV
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Interacción con el ADN
Antes
Después
Radiación
UV
• La radiación UV-B interfiere con los enlaces del ADN dañando la
molécula. Muchos de estos errores son reparados por los sistemas
enzimáticos de la célula pero algunas mutaciones persisten y pueden
producir cánceres, especialmente de piel.
• El 90% de los cánceres de piel se atribuyen a los rayos UV-B y se
supone que una disminución en la capa de ozono de un 1% podría
incidir en aumentos de un 4 - 6% de distintos tipos de cáncer de piel
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Daños a la vida marina
Una de las mayores preocupaciones derivadas de la formación del agujero
de ozono de la Antártida ha sido ver la influencia en el plancton marino
del incremento de rayos UV en los mares de la zona.
Los organismos del plancton se concentran en la capa de unos 2 metros
próxima a la superficie oceánica y son fundamentales en la cadena
trófica.
Algunos estudios han encontrado descensos en su productividad de entre
el 6 y el 12% en las 10 a 12 semanas que coinciden con el agujero de
ozono, lo que supone un descenso medio del 2 o 4%, cantidad
detectable, aunque no catastrófica todavía.
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Efectos de la radiación solar en el ojo
• Los UV constituyen la longitud de onda más
dañina para el ojo humano
La córnea absorbe Radiaciones, pudiendo
provocar lesiones como la Fotoqueratitis
Este tipo de lesión es frecuente en personas expuestas intensamente a
radiación o reflejo en zonas desérticas y mayor en regiones nevadas.
• Los trabajadores que se desempeñan en espacios abiertos triplican el
riesgo para desarrollar carnosidades en la córnea, y tienen mucho mayor
riesgo de formar depósitos de proteínas -en forma de gota- en la córnea.
• A veces se producen cegueras temporales y la exposición crónica se
asocia con mayor facilidad de desarrollar cataratas
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Bronceado Artificial
La luz UV emitida por las lámparas UVA causa quemaduras y
envejecimiento prematuro y potencia el riesgo de desarrollar cáncer
cutáneo.
El deseo de conseguir un bronceado rápido y las exposiciones a este tipo de
sistemas de bronceado, potencian los efectos negativos de los rayos UVA.
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La luz solar nos proporciona efectos fisiológicos positivos:
•Estimula la síntesis de vitamina D
(la cual previene el raquitismo y la osteoporosis).
• Favorece la circulación sanguínea
• Actúa en el tratamiento de algunas dermatosis.
•Incluso en algunos casos estimula la síntesis de los neurotransmisores
cerebrales responsables del estado anímico (quizás por eso se relaciona a
los países cálidos con la alegría y la juerga y a los países fríos con la
seriedad y la depresión).
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RADIACIÓN INFRAROJA
• La radiación infrarroja (radiación térmica) es un tipo de radiación
electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la
de las microondas
• Tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas
• Su rango de  va desde unos 0,7 μm (700 nm) hasta los 100 μm
• La IR es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 K, es
decir, −273,15 ºC (cero absoluto)
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Historia
• Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel,
un astrónomo inglés de origen alemán.
• Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido
por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada
color.
• Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y
observó que allí no había luz.
• Esta es la primera experiencia que muestra que el calor puede
transmitirse por una forma invisible de luz.
• Herschel denominó a esta radiación "rayos calóricos", denominación
bastante popular a lo largo del siglo XIX que, finalmente, fue dando paso
al más moderno de radiación infrarroja.
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La luz infrarroja puede ser separada en tres categorías:
•Infrarroja cercana – La más cerca a la luz visible, y tiene
una longitud de onda que varía de los 0.7 a 1.3 μm
•Infrarroja cercana – Con unas longitudes de onda que va
desde 1.3 a 3 μm. La anterior categoría y esta, se usan en una
variedad de dispositivos electrónicos como por ejemplo en los
con controles (mando control remoto)
•Infrarrojos termales – Ocupa la mayor parte del espectro
de los infrarrojos, y tiene un rango de los 3 a los 30 μm.
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Ley de Wien: Especifica que hay una relación inversamente
proporcional entre la longitud de onda en la que se produce el pico de
emisión de un cuerpo negro y su temperatura
  1/T
Los seres vivos, en especial los mamíferos, emiten una gran proporción
de radiación en la parte del espectro infrarrojo, debido su calor corporal.
Radiancia Espectral
• Los cuerpos calientes emiten radiación térmica en todo el espectro
electromagnético, sobre todo en la zona del infrarrojo.
• Si se mide la radiancia de un cuerpo para todo el espectro de frecuencias,
se obtiene la radiancia espectral del cuerpo.
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A medida que aumenta la temperatura, la frecuencia a la que ocurre la
máxima radiancia va aumentando, pasando del infrarrojo al rojo opaco,
luego al rojo brillante y al blanco.
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Usos de los rayos infrarrojos
• Los IR se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad
de luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y
después se refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se
convierten en los más luminosos.
• Un uso muy común es el que hacen los controles, que generalmente
utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya que no interfieren con
otras señales como las señales de televisión.
• La luz utilizada en las fibras ópticas es generalmente de infrarrojos.
•En industria, para secara barnices, pinturas….
•Espectroscopía IR para determinar la composición de una muestra
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Interacción de la radiación térmica con los cuerpos
Beta Pictoris vista en luz infrarroja
Todos los cuerpos emiten y absorben radiación de su entorno. Si el cuerpo está
más caliente que su entorno, se enfriará, ya que la rapidez con que emite
energía excede la rapidez con que la absorbe. Cuando alcanza el equilibrio
térmico, la rapidez de emisión y la de absorción son iguales.
Todos los objetos que nos rodean emiten radiación electromagnética. Las estrellas
lo hacen en la parte visible del espectro, mientras que los cuerpos mas fríos
30 lo
hacen en el infrarrojo.
EJEMPLOS
• el control remoto, se basa en la emisión y recepción de rayos infrarrojos.
• También son los rayos infrarrojos los que permiten a un ratón inalámbrico
mantener el contacto con un ordenador personal
• abrir automáticamente las puertas en edificios.
• radiación infrarroja la que controla el efecto invernadero, que ocasiona el
calentamiento global.
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LUZ VISIBLE
 entre 400 – 700 nm
La luz visible viene definida por unas longitudes
de ondas intermedias (700-400 nm), y en
función de éstas distinguimos los diferentes
colores. La luz visible, constituye el 49% de las
radiaciones que conforman el espectro solar.
Fuera del espectro visible, la radiación infrarroja
representa el 50% de la radiación que nos llega
del sol.
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