Principios de análisis instrumental

Campo eléctri co y Campo magnético X a) Dirección de propagación })) 6B Propiedades ondulatorias de la radiación electromagnética 119 + :- Long itud de onda,A--- 1 .... ~ 0~-L-~~-+-~-~~~~~~l_~_L_L~--r "V o c. E 0 1 ------- Tiempo o di stancia ------- b) FIGURA 6.1 Naturaleza ondulatoria de un haz de radiación electromagnética de una sola frecuencia . En a) se muestra una onda polarizada en el plano que se propaga a lo largo del eje x. El campo eléctrico oscila en un plano perpendicular al campo magnético. Si la radiación no fuera polarizada, en todos los planos se vería un componente del campo eléctrico. En b) solo se muestran las oscilaciones del campo eléctrico. La amplitud de la onda es la longitud del vector del campo eléctrico en el máximo de la onda, mientras que la longitud de onda es la distancia entre máximos sucesivos. 6B PROPIEDADES ONDULATORIAS DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Para muchos propósitos la radiación electromagnética se repre– senta convenientemente como campos eléctricos y magnéticos que experimentan en fase oscilaciones sinusoidales en ángulos rectos entre sí y respecto a la dirección de propagación. La figura 6.1 a es una representación de un solo haz de radiación electro– magnética polarizada en el plano. El término polarizada en el plano significa que las oscilaciones de los campos eléctr ico o magnético yacen en un solo plano. La figura 6.1bes la represen– tación en dos dimensiones del componente eléctrico del haz que se muestra en la figura 6.1a. La intensidad del campo eléctrico en la figura 6.1 se representa como un vector cuya longitud es pro– porcional a su magnitud. La abscisa de esta gráfica es el tiempo cuando la radiación pasa por un punto fijo en el espacio, o la dis– tancia cuando el tiempo se mantiene constante. En este capítulo, y en la mayor parte del texto restante, solo se considerará el compo– nente eléctrico de la radiación porque el campo eléctrico es el cau– sante de la mayor parte de los fenómenos que son de interés para nosotros, incluidas: la transmisión, la reflexión, la refracción y la absorción. No obstante, tenga en cuenta que el componente mag– nético de la radiación electromagnética es causante de la absor– ción de las ondas de radiofrecuencia en la resonancia magnética nuclear (véase el capítulo 19). 68.1 Caracteristicas de las ondas En la figura 6.1b, la amplitud A de la onda sinusoidal se muestra como la longitud del vector eléctrico en un máximo de la onda. El tiempo en segundos que se requiere para el paso de máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio se ll ama periodo p de la radiación. La frecuencia ves el número de oscila– ciones del campo que ocurren por segundo 1 y es igual a 1/p. 'La unidad de frecuencia más común es el recíproco del segundo (s- 1 ), o el hertz (Hz), que corresponde a un ciclo por segundo. Otra variable de interés es la longitud de onda A, que es la dis– tancia lineal entre dos puntos equivalentes cualesquiera en ondas sucesivas (por ejemplo, máximos o mínimos sucesivos) 2 La mul– tiplicación de la frecuencia en ciclos por segundo por la longitud de onda en metros por ciclo da la velocidad de propagación V¡ en metros por segundo: ' V¡= VÁ¡ (6.1) Es importante entender que la frecuencia de un haz de radia– ción está determinada por la fuente y permanece invariable. En contraste, la velocidad de la radiación depende de la composición del medio por el que pasa. Así, de acuerdo con la ecuación 6.1, la longitud de onda de la radiación también depende del medio. El subíndice i en la ecuación 6.1 indica estas dependencias. En el vacío, la velocidad de la radiación es independiente de la longitud de onda y está en su máximo. Esta velocidad, a la que se le asigna el símbolo e, ha sido determinada como 2.99792 X 10 8 m/s. Es importante que la velocidad de la radiación en el aire difiera solo un poco de e (casi 0.03% menos); así, para el aire o el vacío, la ecuación 6.1 se puede escribir hasta con tres cifras signi– ficativas como e = vA = 3.00 X 10 8 m/s = 3.00 X 10 10 cm/s (6.2) En cualquier medio que contenga materia, la propagación de la radiación se reduce por la interacción entre el campo electro– magnético de la radiación y los electrones unidos en la materia. Puesto que la frecuencia radiante es invariable y es mantenida fija por la fuent e, la longitud de onda debe disminuir a medida que la radiación pasa del vacío a otro medio (ecuación 6.2). Este 2 Las unidades que se usan para describir la longitud de onda difieren de modo consi– derableen varias regiones del espectro. Por ejemplo, la unidad ángstrom, A( 10- 10 m), es conveniente para rayos X y radiación ultravioleta corta; el nanómetro, nm (10 - 9 m), se emplea con la radiación visible y la ultravioleta; el micrómetro, ¡.un (l0- 6 m), es útil para la región del infrarrojo. (El micrómetro se llamaba micra en las primeras publicaciones; ya no se recomienda el uso de este término).