Una onda electromagnética es una perturbación acoplada de campo eléctrico y magnético que se propaga por el espacio.
Con las ecuaciones de Maxwell descubrimos que los campos eléctricos y magnéticos pueden viajar juntos por el vacío a la velocidad de la luz. Pero una cosa es saber que pueden viajar y otra muy distinta es saber cómo crearlos.
Una carga estática o una corriente estacionaria no irradian de forma continua. Para crear una onda de radio necesitamos cargas aceleradas y una distribución capaz de radiar.
La idea clave: las cargas aceleradas irradian
Repasemos la jerarquía del movimiento de una carga eléctrica:
Velocidad 0 (Quieta): Crea solo un Campo Eléctrico. (Es la Electrostática). No hay ondas.
Corriente estacionaria: Produce campos eléctricos y magnéticos que se extienden por el espacio alrededor del circuito, pero no genera por sí sola radiación continua hacia el infinito.
Velocidad Variable (Aceleración/Frenada): aparece la radiación.
- Al cambiar de velocidad, el campo electromagnético sufre una “sacudida”.
- Parte de la perturbación puede propagarse como radiación si la geometría y la frecuencia del sistema lo permiten.
Hemos creado Radiación electromagnética.
Cómo funciona una antena
Si queremos emitir radio, necesitamos “agitar” electrones furiosamente. ¿Cómo lo hacemos? Con un Circuito de Corriente Alterna (AC) de alta frecuencia.
Tomemos la antena más simple del mundo: el Dipolo (dos varillas metálicas).
- El transmisor empuja los electrones hacia la varilla de arriba. (Aceleran hacia arriba).
- El transmisor tira de ellos hacia la varilla de abajo. (Frenan y aceleran hacia abajo).
- Esta corriente alterna produce campos variables; una parte de la energía se separa de la zona próxima y se propaga como onda electromagnética.
A esa radiación la llamamos onda de radio. En el vacío, los campos eléctrico y magnético satisfacen conjuntamente las ecuaciones de Maxwell y transportan energía y momento sin necesitar un medio material.
El espectro electromagnético
Dependiendo de lo rápido que agitemos los electrones en la antena, la onda tendrá una longitud distinta. Pero físicamente, es exactamente lo mismo: fotones viajando.
- 100.000 veces/seg (100 kHz): Radio AM. Onda kilométrica.
- 100 Millones veces/seg (100 MHz): Radio FM. Onda de metros.
- 2.400 millones de veces/s (2,4 GHz): Wi‑Fi y hornos microondas. Longitud de onda de unos 12,5 cm en el vacío.
- 500 billones de veces/s (500 THz): Luz visible. Longitud de onda de unos 600 nm.
Cuanto más rápido agites (mayor frecuencia), más energía transporta la onda. Por eso el WiFi no te hace nada, pero los Rayos X (frecuencia altísima) pueden ionizar tus células.
El límite del modelo atómico clásico
Y aquí llegamos al final de la Física Clásica. Maxwell funcionaba tan bien para las antenas y la luz que los físicos de 1900 intentaron aplicarlo al Átomo.
El modelo de Rutherford imaginaba el átomo como un mini sistema solar:
- El núcleo positivo en el centro.
- El electrón negativo orbitando alrededor.
El problemón del 15
- Un objeto que gira en círculo, aunque vaya a velocidad constante, tiene una Aceleración Centrípeta (cambia la dirección de su velocidad constantemente).
- Según Maxwell: Carga Acelerada = Emisión de Radiación.
- Si el electrón emite radiación (luz/energía), está perdiendo su propia energía cinética.
- Si pierde energía, debería frenarse y caer en espiral hacia el núcleo.
Según las ecuaciones de Maxwell, un átomo de hidrógeno debería colapsar en aproximadamente 10 ⁻¹¹ segundos. Toda la materia del universo debería haber implosionado en un destello de luz instantáneo.
¿Por qué no pasa?
Porque el modelo planetario clásico del átomo es incorrecto. El modelo de Bohr introdujo estados estacionarios cuantizados como paso intermedio, y la mecánica cuántica sustituyó las órbitas definidas por estados y orbitales.
Las ecuaciones de Maxwell siguen describiendo el campo electromagnético clásico, pero no bastan para describir por sí solas un átomo.
Esa es una historia para otro curso. En electricidad aplicada, el modelo clásico funciona muy bien dentro de su rango de validez.
