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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

227/274

Actividades: ondas y radiación electromagnética en la vida cotidiana

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

1.a: ondas sonoras (camiones), microondas/ondas de radio (antena móvil) y luz visible amarilla (foco). 1.b: AM 530–1700 kHz y FM 88–108 MHz. 1.c: ondas electromagnéticas transversales de radio y microondas. 1.d: no ionizante, sin efectos demostrados dentro de los límites. 1.e: radio AM < radio FM < microondas < luz amarilla.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 227

Fisica 1° · 2024

1
Ejercicio 1

Pedro, técnico de reparación de equipos de audio, se encuentra en su casa en una tarde calurosa. Su hogar está junto a una antena de comunicaciones de una operadora de telefonía móvil; al frente hay una autopista por la que circulan camiones que generan gran intensidad de ruido (sonido); detrás de su taller hay un poste con un foco amarillo encendido que alumbra parte del taller.

a
Parte 1.a

Identifico el tipo de ondas a las que está expuesto el técnico.

  1. El ruido de los camiones es una onda mecánica, longitudinal, que se propaga en el aire: es una onda sonora.
  2. La antena de telefonía móvil emite y recibe ondas electromagnéticas (microondas/ondas de radio) para transmitir las señales telefónicas.
  3. El foco amarillo emite luz visible, que es también una onda electromagnética, cuyo color amarillo corresponde a un $ \approx 5{,}9 \times 10^{14} \, \text{Hz}@@MATH_0@@\lambda \approx 510 \, \text{nm}$.
  4. Por lo tanto Pedro está expuesto a tres tipos de onda: sonora, electromagnética (microondas de la antena) y luz visible amarilla.
Respuesta

ondas sonoras (sonido de los camiones), ondas electromagnéticas en el rango de microondas/ondas de radio (antena de telefonía móvil) y luz visible amarilla (foco del poste).

b
Parte 1.b

Indico cuáles son las dos frecuencias (bandas) que presenta la radio.

  1. La radiodifusión comercial se realiza en dos bandas de frecuencias distintas.
  2. Banda AM (amplitud modulada): frecuencias entre 530 \, \text{kHz} y 1700 \, \text{kHz}, es decir \approx 5{,}3 \times 10^{5} \, \text{Hz} a 1{,}7 \times 10^{6} \, \text{Hz} (longitudes de onda de 566 \, \text{m} a 176 \, \text{m}).
  3. Banda FM (frecuencia modulada): frecuencias entre 88 \, \text{MHz} y 108 \, \text{MHz}, es decir \approx 8{,}8 \times 10^{7} \, \text{Hz} a 1{,}08 \times 10^{8} \, \text{Hz} (longitudes de onda de 3{,}41 \, \text{m} a 2{,}78 \, \text{m}).
  4. Se comprueba con \lambda = \frac{c}{f}: para FM a f = 100 \, \text{MHz}, \lambda = \frac{3 \times 10^{8}}{10^{8}} = 3 \, \text{m}; para AM a f = 1000 \, \text{kHz}, \lambda = \frac{3 \times 10^{8}}{10^{6}} = 300 \, \text{m}.
Respuesta

la banda AM (530–1700 kHz) y la banda FM (88–108 MHz).

c
Parte 1.c

Investigo: ¿qué tipo de ondas son las que emite una antena de telecomunicaciones?

  1. Una antena de telecomunicaciones (telefonía móvil, radio, televisión) genera corrientes eléctricas alternas en el conductor.
  2. Esas corrientes aceleradas producen campos eléctricos y magnéticos que se propagan al espacio como ondas electromagnéticas transversales, con campos \vec{E} y \vec{B} perpendiculares entre sí y ambos perpendiculares a la dirección de propagación.
  3. Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz: c = 3 \times 10^{8} \, \text{m/s}, y cumplen c = f \lambda.
  4. Según su frecuencia pueden ser de radio, microondas, infrarrojas, ultravioletas, rayos X o gamma; las antenas de telefonía operan en frecuencias de radio y microondas (típicamente de cientos de MHz hasta GHz).
Respuesta

ondas electromagnéticas transversales de frecuencia de radio y microondas, que se propagan en el vacío a c = 3 \times 10^{8} \, \text{m/s}.

d
Parte 1.d

Investigo si las microondas de una antena de comunicaciones producen afecciones en la salud de las personas que viven cerca de una.

  1. Las microondas son radiación no ionizante: su energía fotónica E = hf es muy inferior a la energía necesaria para ionizar átomos o romper enlaces químicos del organismo (que está en el rango de los rayos X y la luz ultravioleta, E \approx 10^{18} \, \text{J} para rayos X).
  2. Por tanto, no pueden modificar el ADN de las células ni causar mutaciones directas, a diferencia de la radiación ionizante.
  3. El único efecto demostrado es térmico, y solo se manifiesta a niveles de potencia muy superiores a los permitidos: el organismo absorbe la energía y la disipa como calor.
  4. Los organismos reguladores (OMS, ONU-T/UIT, ICNIRP) establecen límites de exposición (p. ej. 4{,}78 \, \text{W/m}^2 para el público en frecuencias de radiofrecuencia) y las antenas cumplan estos valores están muy por debajo de ellos. Hoy no existe evidencia científica concluyente de efectos nocivos en la salud por exposición prolongada a niveles permitidos, aunque se siguen realizando estudios epidemiológicos.
Respuesta

las microondas de una antena no son radiación ionizante y, dentro de los límites reglamentarios establecidos, no se ha demostrado que causen afecciones en la salud; el único efecto posible sería térmico y solo a intensidades muy elevadas.

e
Parte 1.e

Ordeno de menor a mayor los tipos de radiación electromagnética: luz amarilla del poste, ondas de radio AM, ondas de radio FM y microondas del sistema de telecomunicaciones, argumentando en función de la energía fotónica.

  1. La energía de un fotón es E = hf = \frac{hc}{\lambda}; por lo tanto, a mayor frecuencia f (o menor longitud de onda \lambda), mayor energía por fotón.
  2. Tomo las frecuencias típicas de cada radiación: radio AM f_{AM} \approx 10^{6} \, \text{Hz}, radio FM f_{FM} \approx 10^{8} \, \text{Hz}, microondas f_{\mu} \approx 3 \times 10^{9} \, \text{Hz} y luz amarilla f_{luz} \approx 5{,}9 \times 10^{14} \, \text{Hz}.
  3. Comparo: 10^{6} \, \text{Hz} < 10^{8} \, \text{Hz} < 3 \times 10^{9} \, \text{Hz} < 5{,}9 \times 10^{14} \, \text{Hz}, es decir \lambda_{AM} > \lambda_{FM} > \lambda_{\mu} > \lambda_{luz}.
  4. Calculo la energía de cada fotón con E = hf y h = 6{,}626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}:
    • Radio AM: E = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 10^{6} \approx 6{,}6 \times 10^{-28} \, \text{J}.
    • Radio FM: E = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 10^{8} \approx 6{,}6 \times 10^{-26} \, \text{J}.
    • Microondas: E = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{9} \approx 2{,}0 \times 10^{-24} \, \text{J}.
    • Luz amarilla: E = 6{,}626 \times 10^{-34} \times 5{,}9 \times 10^{14} \approx 3{,}9 \times 10^{-19} \, \text{J}.
  5. Como 6{,}6 \times 10^{-28} < 6{,}6 \times 10^{-26} < 2{,}0 \times 10^{-24} < 3{,}9 \times 10^{-19}, el orden de menor a mayor energía fotónica (y de menor a mayor frecuencia) es el pedido.

Nota: el enunciado remite a "la tabla mostrada a continuación", la cual no aparece en esta página (se encuentra en la siguiente). Los valores usados corresponden a los rangos estándar de esas bandas del espectro electromagnético.

Respuesta

ondas de radio AM \;<\; ondas de radio FM \;<\; microondas de telecomunicaciones \;<\; luz amarilla del poste. Cuanto mayor es la frecuencia de la radiación, mayor es la energía de cada fotón, por eso la luz amarilla, la de mayor frecuencia, es la de mayor energía por fotón y la radio AM, la de menor frecuencia, la de menor energía.

Contenido de la página

ACTIVIDADES

1. Leo el siguiente problema y realizo las actividades a continuación:

Pedro, un técnico de reparación de equipos de audio, se encuentra en su casa en una tarde calurosa. Su hogar se ubica junto a una antena de comunicaciones de una operadora de telefonía móvil y al frente está una autopista por la que circulan camiones que generan gran intensidad de ruido o sonido. En la parte de atrás de su taller se localiza un poste que tiene encendido un foco amarillo, el cual alumbra parte de su taller.

  • a) Identifico el tipo de ondas a la que está expuesto el técnico.
  • b) Indico cuáles son las dos frecuencias que presenta la radio.
  • c) Investigo, ¿qué tipo de ondas son las que emite una antena de telecomunicaciones?
  • d) Investigo si las microondas de una antena de comunicaciones producen afecciones para la salud de las personas que viven cerca de una.
  • e) Ordeno de menor a mayor los tipos de radiaciones electromagnéticas: de la luz amarilla del poste, ondas de radio AM, ondas de radio FM, microondas de sistema de telecomunicaciones. Argumento mi respuesta en función de la energía fotónica y la tabla mostrada a continuación.

(Serway, 2008).

Nota: la tabla del espectro electromagnético a la que remite el literal e) no aparece en esta página; se ubica en la siguiente (pág. 228).

Ejemplos resueltos

Se recibe una señal de radio FM a 98,5 MHz. Calcular su longitud de onda.

  1. Identifico los datos: f = 98,5 MHz = 9,85×10⁷ Hz y c = 3×10⁸ m/s.
  2. Aplico λ = c/f.
  3. Sustituyo: λ = (3×10⁸ m/s)/(9,85×10⁷ Hz) ≈ 3,05 m. Respuesta: λ ≈ 3,05 m.

Calcular la energía de un fotón de luz amarilla con frecuencia 5,9×10¹⁴ Hz.

  1. Uso E = hf con h = 6,626×10⁻³⁴ J·s.
  2. Sustituyo: E = 6,626×10⁻³⁴ × 5,9×10¹⁴.
  3. Multiplico: E ≈ 3,9×10⁻¹⁹ J. Respuesta: E ≈ 3,9×10⁻¹⁹ J (equivalente a unos 2,4 eV).

Tabla

Radiación Frecuencia típica Longitud de onda típica Energía fotónica (E = hf)
Radio AM 5{,}3\times10^{5} - 1{,}7\times10^{6} \, \text{Hz} 176–566 m \approx 6{,}6\times10^{-28} \, \text{J}
Radio FM 8{,}8\times10^{7} - 1{,}08\times10^{8} \, \text{Hz} 2,78–3,41 m \approx 6{,}6\times10^{-26} \, \text{J}
Microondas (telecom.) \approx 3\times10^{9} \, \text{Hz} \approx 0{,}10 \, \text{m} \approx 2{,}0\times10^{-24} \, \text{J}
Luz amarilla \approx 5{,}9\times10^{14} \, \text{Hz} \approx 510 \, \text{nm} \approx 3{,}9\times10^{-19} \, \text{J}

Fórmulas y ecuaciones

c = f \lambda

E = hf = \frac{hc}{\lambda}

\lambda = \frac{c}{f}

c = f \lambda

E = hf = \frac{hc}{\lambda}

h = 6{,}626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}

\lambda = \frac{c}{f}

c = 3 \times 10^{8} \, \text{m/s}

Glosario (10)

Onda sonora
Onda mecánica longitudinal que se propaga en un medio material (aire, agua) y que el oído humano percibe como sonido; en el aire viaja a unos 343 m/s a 20 °C.
Onda electromagnética
Onda transversal formada por campos eléctrico y magnético perpendiculares, que puede propagarse en el vacío a la velocidad de la luz c = 3×10⁸ m/s.
Banda AM
Banda de radiodifusión de amplitud modulada, con frecuencias entre 530 kHz y 1700 kHz.
Banda FM
Banda de radiodifusión de frecuencia modulada, con frecuencias entre 88 MHz y 108 MHz.
Microondas
Radiación electromagnética con frecuencias de aproximadamente 300 MHz a 300 GHz, usada en telecomunicaciones, radares y hornos de microondas.
Energía fotónica
Energía que transporta un fotón, dada por E = hf, donde h es la constante de Planck (6,626×10⁻³⁴ J·s).
Radiación no ionizante
Radiación cuya energía por fotón es insuficiente para arrancar electrones de átomos o moléculas; incluye radio, microondas, infrarroja y luz visible.
Radiación ionizante
Radiación de alta energía (rayos X, gamma, ultravioleta lejana) capaz de ionizar átomos y dañar el ADN.
Frecuencia
Número de oscilaciones u ondas completas que pasan por un punto en un segundo; se mide en hercios (Hz).
Longitud de onda
Distancia entre dos crestas consecutivas de una onda; se relaciona con frecuencia y velocidad por v = f λ.

Preguntas para practicar

¿Qué tipo de ondas son las que emite una antena de telecomunicaciones?

Ondas electromagnéticas transversales de frecuencia de radio y microondas, formadas por campos eléctrico y magnéticos perpendiculares que se propagan en el vacío a la velocidad de la luz c = 3×10⁸ m/s.

¿Las microondas de una antena de comunicaciones producen afecciones para la salud de quienes viven cerca de una?

Son radiación no ionizante: su energía por fotón es muy inferior a la de ionización, así que no dañan el ADN. Dentro de los límites reglamentarios no se han demostrado efectos nocivos; el único efecto posible sería térmico y solo a intensidades muy superiores a las permitidas.

Temas y conceptos clave

Tipos de ondas en el entornoBanda AM y banda FMOndas electromagnéticas de las antenasEnergía fotónica y radiación no ionizanteOrdenamiento del espectro electromagnéticoonda sonoraonda electromagnética transversalbanda AMbanda FMmicroondasenergía fotónicaradiación no ionizantevelocidad de la luz

Fuentes y referencias

  • Serway, R. A. (2008). Física (edición citada en el pie de la página).
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Preguntas que la gente también hace

¿Cuáles son las frecuencias de las bandas de radio AM y FM?
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¿Las microondas de una antena de telefonía móvil son dañinas para la salud?
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¿Cómo se ordena la radiación electromagnética según la energía de sus fotones?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Ley de propagación de ondas v = f·λ
  • • Concepto de frecuencia, longitud de onda y velocidad de la luz
  • • Fórmula de la energía de un fotón E = hf
  • • División del espectro electromagnético por frecuencias
Siguiente tema sugerido
Interpretación de la tabla del espectro electromagnético y ejercicios de cálculo de frecuencia y longitud de onda
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1040 caracteres

"ACTIVIDADES )

  1. Leo el siguiente problema y realizo las actividades a continuación:

Pedro, un técnico de reparación de equipos de audio, se encuentra en su casa en una tarde calurosa. Su hogar se ubica junto a una antena de comunicaciones de una operadora de telefonía móvil y al frente está una autopista por la que circulan camiones que generan gran intensidad de ruido o sonido. En la parte de atrás de su taller se localiza un poste que tiene encendido un foco amarillo, el cual alumbra parte de su taller.

a) Identifico el tipo de ondas a la que está expuesto el técnico.

X y d) Investigo si las microondas de una antena de comunicaciones producen afecciones para la

salud de las personas que viven cerca de una.

e) Ordeno de menor a mayor los tipos de radiaciones electromagnéticas: de la luz amarilla del poste, ondas de radio AM, ondas de radio FM, microondas de sistema de telecomunicaciones. Argumento mi respuesta en función de la energía fotónica y la tabla mostrada a continuación:

(Serway, 2008).

226 Texto de Física

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