Actividades: ondas sonoras, microondas, luz visible y energía fotónica

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

1. El ruido de los camiones es un sonido: se trata de ondas mecánicas longitudinales (necesitan un medio material, la atmósfera), formadas por compresiones y raras de la presión del aire. Estas ondas llegan a él por conducción y radiación a través del aire.
2. La antena de comunicaciones de telefonía móvil emite ondas electromagnéticas de frecuencia elevada: microondas (y ondas de radio de banda celular). No requieren medio material.
3. El foco amarillo emite radiación electromagnética dentro del espectro visible, con longitud de onda cercana a \lambda \approx 580 \, \text{nm}, es decir, luz amarilla.

Enunciado: Indico cuáles son las dos frecuencias que presenta la radio.

1. La radio comercial se transmite en dos bandas de frecuencia: AM (amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada).
2. Banda AM: desde 540 \, \text{kHz} hasta 1600 \, \text{kHz}, es decir 5,4 \times 10^{5} \, \text{Hz} \leq f_{\text{AM}} \leq 1,6 \times 10^{6} \, \text{Hz}.
3. Banda FM: desde 88 \, \text{MHz} hasta 108 \, \text{MHz}, es decir 8,8 \times 10^{7} \, \text{Hz} \leq f_{\text{FM}} \leq 1,08 \times 10^{8} \, \text{Hz}.

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

1. Una antena de telecomunicaciones convierte la señal eléctrica en ondas electromagnéticas que viajan por el espacio a la velocidad de la luz, c = 3 \times 10^{8} \, \text{m/s}.
2. Según el servicio, opera en el intervalo de microondas: las antenas celulares trabajan típicamente entre 700 \, \text{MHz} y 3{,}8 \, \text{GHz}, y las redes WiFi usan las bandas de 2{,}4 \, \text{GHz} y 5 \, \text{GHz}.
3. Son ondas transversales, que no necesitan medio material para propagarse y están formadas por campos eléctrico y magnéticos mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de avance.

Respuesta orientativa: Una antena de telecomunicaciones emite ondas electromagnéticas, concretamente microondas (y en menor medida ondas de radio), transversales y autónomas que viajan a la velocidad de la luz.

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

1. La energía que lleva cada fotón de microondas es muy baja: para f = 2{,}4 \times 10^{9} \, \text{Hz} se obtiene E = h f = (6{,}63 \times 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s})(2{,}4 \times 10^{9} \, \text{Hz}) = 1{,}59 \times 10^{-24} \, \text{J} \approx 9{,}9 \times 10^{-6} \, \text{eV}, lo que es millones de veces menor que la energía de un fotón visible (\approx 2 \, \text{eV}). Como no ioniza la materia, no rompe moléculas ni ADN.
2. La intensidad decrece con el cuadrado de la distancia: I = P/A = P/(4\pi r^{2}), de modo que a la distancia de cientos de metros la potencia recibida es extremadamente pequeña.
3. Organismos internacionales (OMS, ICNIRP) establecen límites estrictos de densidad de potencia y de tasa de absorción específica (SAR). Las antenas cumplen normas muy por debajo de los umbrales térmicos de daño.

Respuesta orientativa: En el estado actual de la ciencia, la exposición a las microondas de antenas de comunicaciones, dentro de los niveles reglamentarios y a las distancias normales, no se asocia con efectos adversos demostrados para la salud; se trata de radiación no ionizante de energía fotónica muy baja.

Enunciado: Ordeno de menor a mayor los tipos de radiaciones electromagnéticas: luz amarilla del poste, ondas de radio AM, ondas de radio FM y microondas del sistema de telecomunicaciones. Argumento en función de la energía fotónica.

1. La energía de un fotón depende solo de su frecuencia: E = h f = \frac{h c}{\lambda}, \qquad h = 6{,}63 \times 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s}.
2. Tomemos valores representativos: ondas AM, f \approx 1{,}0 \times 10^{6} \, \text{Hz}; ondas FM, f \approx 10^{8} \, \text{Hz}; microondas celulares, f \approx 2{,}4 \times 10^{9} \, \text{Hz}; luz amarilla, f \approx 5{,}0 \times 10^{14} \, \text{Hz}.
3. Energías correspondientes: E_{\text{AM}} = (6{,}63 \times 10^{-34})(1{,}0 \times 10^{6}) = 6{,}63 \times 10^{-28} \, \text{J} \approx 4{,}1 \times 10^{-9} \, \text{eV} E_{\text{FM}} = (6{,}63 \times 10^{-34})(10^{8}) = 6{,}63 \times 10^{-26} \, \text{J} \approx 4{,}1 \times 10^{-7} \, \text{eV} E_{\mu\text{ondas}} = (6{,}63 \times 10^{-34})(2{,}4 \times 10^{9}) = 1{,}59 \times 10^{-24} \, \text{J} \approx 9{,}9 \times 10^{-6} \, \text{eV} E_{\text{luz amarilla}} = (6{,}63 \times 10^{-34})(5{,}0 \times 10^{14}) = 3{,}32 \times 10^{-19} \, \text{J} \approx 2{,}07 \, \text{eV}
4. Como E \propto f, el orden de menor a mayor energía fotónica coincide con el de menor a mayor frecuencia.