thumb|400px|Las ondas electromagnéticas que componen la radiación electromagnética pueden ser representadas como campos eléctricos y magnéticos autopropagados en forma de onda transversal. El diagrama muestra una onda plana linealmente polarizada que se propaga de izquierda a derecha. El campo eléctrico (azul) está sobre el plano vertical y el campo magnético (rojo) sobre el plano horizontal. Los campos eléctrico y magnético en este tipo de ondas siempre están en fase a 90° una respecto a la otra. miniaturadeimagen|Símbolo de la radiación electromagnética La radiación electromagnética es un tipo de campo electromagnético variable, es decir, una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Desde el punto de vista clásico, la radiación electromagnética son las ondas electromagnéticas generadas por las fuentes del campo electromagnético y que se propagan a la velocidad de la luz. La generación y la propagación de estas ondas son compatibles con el modelo de ecuaciones matemáticas definido en las ecuaciones de Maxwell. Una propuesta de solución directa de dichas ecuaciones para el problema de la radiación electromagnética se ha publicado recientemente.
La radiación de tipo electromagnético puede manifestarse de diversas maneras, como ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitaran un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.
Las ondas electromagnéticas pueden ser generadas por distintas fuentes como son: cargas aceleradas, dipolos oscilantes, corrientes variables en distintos tipos de antenas, entre otras. La forma de las ondas electromagnéticas depende de la fuente que las genera y de la distancia recorrida por las mismas. La radiación electromagnética se manifiesta en forma de un campo eléctrico acoplado a un campo magnético, como ilustran las ecuaciones de Panofsky-Phillips.
Historia del descubrimiento
La radiación electromagnética de longitudes de onda distintas a las de la luz visible se descubrió a principios del . El descubrimiento de la radiación infrarroja se atribuye al astrónomo William Herschel, quien publicó sus resultados en 1800 ante la Royal Society of London. Herschel utilizó un prisma de vidrio para refractar la luz del Sol y detectó rayos invisibles que provocaban un calentamiento más allá de la parte roja del espectro, mediante un aumento de la temperatura registrada con un termómetro. Estos «rayos caloríficos» se denominaron posteriormente infrarrojos.
En 1801, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter descubrió la luz ultravioleta en un experimento similar al de Herschel, utilizando luz solar y un prisma de vidrio. Ritter notó que los rayos invisibles cerca del borde violeta de un espectro solar dispersado por un prisma triangular oscurecían las preparaciones de cloruro de plata más rápidamente que la luz violeta. Los experimentos de Ritter fueron los primeros precursores de lo que se convertiría en la fotografía. Ritter señaló que los rayos ultravioleta (que al principio se llamaron «rayos químicos») eran capaces de provocar reacciones químicas.
thumb|upright|James Clerk Maxwell En 1862-1864, James Clerk Maxwell desarrolló ecuaciones para el campo electromagnético que sugerían que las ondas en el campo viajarían con una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz. Por lo tanto, Maxwell sugirió que la luz visible (así como los rayos infrarrojos y ultravioleta invisibles por inferencia) consistían en propagar perturbaciones (o radiación) en el campo electromagnético. Las ondas de radio fueron producidas deliberadamente por primera vez por Heinrich Hertz en 1887, utilizando circuitos eléctricos calculados para producir oscilaciones a una frecuencia mucho más baja que la de la luz visible. Hertz también desarrolló formas de detectar estas ondas y produjo y caracterizó lo que luego se denominaron ondas de radio y microondas.Jeans, James (1947) The Growth of Physical Science. Cambridge University Press
Wilhelm Röntgen descubrió y nombró radiografías. Después de experimentar con altos voltajes aplicados a un tubo de vacío el 8 de noviembre de 1895, notó una fluorescencia en una placa cercana de vidrio revestido. En un mes, descubrió las principales propiedades de los rayos X.
La última parte del espectro electromagnético que se descubrió se asoció con la radiactividad. Henri Becquerel descubrió que las sales de uranio causaban el empañamiento de una placa fotográfica no expuesta a través de un papel de cobertura de una manera similar a los rayos X, y Marie Curie descubrió que solo ciertos elementos emitían estos rayos de energía, y pronto descubrió la intensa radiación del radio. La radiación de la pechblenda fue diferenciada en rayos alfa (partículas alfa) y rayos beta (partículas beta) por Ernest Rutherford a través de una simple experimentación en 1899, pero se demostró que eran tipos de radiación de partículas cargadas. Sin embargo, en 1900, el científico francés Paul Villard descubrió un tercer tipo de radiación de radio con carga neutra y especialmente penetrante, y después de describirlo, Rutherford se dio cuenta de que debía ser un tercer tipo de radiación, que en 1903 denominó rayos gamma. En 1910, el físico británico William Henry Bragg demostró que los rayos gamma son radiación electromagnética, no partículas, y en 1914 Rutherford y Edward Andrade midieron sus longitudes de onda, encontrando que eran similares a los rayos X pero con longitudes de onda más cortas y mayor frecuencia.
Fenómenos asociados a la radiación electromagnética Existen multitud de fenómenos físicos asociados con la radiación electromagnética que pueden ser estudiados de manera unificada, como la interacción de ondas electromagnéticas y partículas cargadas presentes en la materia. Entre estos fenómenos están por ejemplo la luz visible, el calor radiado, las ondas de radio y televisión o ciertos tipos de radioactividad por citar algunos de los fenómenos más destacados. Todos estos fenómenos consisten en la emisión de radiación electromagnética en diferentes rangos de frecuencias (o equivalentemente diferentes longitudes de onda), siendo el rango de frecuencia o longitud de onda el más usado para clasificar los diferentes tipos de radiación electromagnética. La ordenación de los diversos tipos de radiación electromagnética por frecuencia recibe el nombre de espectro electromagnético.
Luz visible La luz visible está formada por la radiación electromagnética cuyas longitudes de onda están comprendidas entre 400 y 700 nm. La luz es producida en la corteza atómica de los átomos, cuando un átomo por diversos motivos recibe energía puede que algunos de sus electrones pasen a capas electrónicas de mayor energía. Los electrones son inestables en capas altas de mayor energía si existen niveles energéticos inferiores desocupados, por lo que tienden a caer hacia estos, pero al decaer hacia niveles inferiores la conservación de la energía requiere la emisión de fotones, cuyas frecuencias suelen caer en los rangos asociados a la luz visible. Eso es precisamente lo que sucede en fenómenos de emisión primaria tan diversos como la llama del fuego, un filamento incandescente de una lámpara o la luz procedente del sol. Secundariamente la luz procedente de emisión primaria puede ser reflejada, refractada, absorbida parcialmente y esa es la razón por la cual objetos que no son fuentes de emisión primaria son visibles.
Radiación térmica
Cuando se somete algún metal y otras sustancias a fuentes de calor estas se calientan y llegan a emitir luz visible. Para un metal este fenómeno se denomina calentar "al rojo vivo", ya que la luz emitida inicialmente es rojiza-anaranjada, si la temperatura se eleva la luz es blanca-amarillenta. Conviene señalar que antes que la luz emitida por metales y otras sustancias sobrecalentadas sea visible, estos mismos cuerpos irradian calor en forma de radiación infrarroja que es un tipo de radiación electromagnética no visible directamente por el ojo humano.
Interacción entre radiación electromagnética y conductores Cuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce corriente alterna, la radiación electromagnética se propaga en la misma frecuencia que la corriente.
De forma similar, cuando una radiación electromagnética incide en un conductor eléctrico, hace que los electrones de su superficie oscilen, generándose de esta forma una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la radiación incidente. Este efecto se usa en las antenas, que pueden actuar como emisores o receptores de radiación electromagnética.
Estudios mediante análisis del espectro electromagnético Se puede obtener mucha información acerca de las propiedades físicas de un objeto a través del estudio de su espectro electromagnético, ya sea por la luz emitida (radiación de cuerpo negro) o absorbida por él. Esto es la espectroscopia y se usa ampliamente en astrofísica y química. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno tienen una frecuencia natural de oscilación, por lo que emiten ondas de radio, las cuales tiene una longitud de onda de 21,12 cm.
Penetración de la radiación electromagnética En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía no se crea ni se destruye, cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como en un espejo).
Refracción La velocidad de propagación de la radiación electromagnética en el vacío es «c». La teoría electromagnética establece que:
donde y son la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío respectivamente.
En un medio material la permitividad eléctrica tiene un valor diferente a . Lo mismo ocurre con la permeabilidad magnética y, por lo tanto, la velocidad de la luz en ese medio será diferente a c. La velocidad de propagación de la luz en medios diferentes al vacío es siempre inferior a c.
Cuando la luz cambia de un medio a otro experimenta una desviación que depende del ángulo con que incide en la superficie que separa a los dos medios. Se habla, entonces, de un ángulo incidente y de un ángulo de transmisión. Este fenómeno, denominado refracción, es claramente apreciable en la desviación que presentan los haces de luz cuando inciden en el agua. La velocidad de la luz en un medio se puede calcular a partir de su permitividad eléctrica y de su permeabilidad magnética de la siguiente manera:
Dispersión thumb|200px|Dispersión de la luz blanca en un prisma