¿Qué son las microondas? Todo lo que necesitas saber

¿Sabías que cuando calientas puré de papas instantáneo en el microondas, lo expones a la radiación de microondas? Bien, tal vez podrías haberlo adivinado por el nombre. Sin embargo, esta energía luminosa puede hacer mucho más que calentarte la cena en caso de necesidad. Desde los perfiles de sonar acústico hasta el ruido de fondo en todo el universo, la energía de microondas juega un papel importante en nuestras vidas. Continúa leyendo para conocer todo lo que necesitas saber sobre este tipo de radiación y cómo la usamos.

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¿Qué son las microondas? Explicación completa

Las microondas constituyen una parte del espectro electromagnético, que transporta fotones de luz a través del espacio. Esta porción del espectro EM tiene una longitud de onda relativamente larga y baja potencia. Encontrarás microondas que siguen a las ondas de radio y preceden a la radiación infrarroja, con longitudes de onda que promedian el diámetro de una pelota de béisbol.

Al estudiar la energía luminosa en el espectro electromagnético, los científicos suelen utilizar uno de tres tipos de métricas: frecuencia (medida en hercios), longitud de onda (medida en metros) o energía (medida en electronvoltios). La métrica utilizada para cada porción a menudo depende de cuál es más fácil de usar. Los investigadores suelen medir las microondas en longitudes de onda o frecuencia. Si bien no existe un límite definido para cada porción EM, tienden a oscilar entre 300 MHz y 300 GHz.

Descubiertas junto con las ondas de radio a finales del siglo XIX, las dos porciones electromagnéticas comparten propiedades similares. Las microondas reciben su nombre por ser la porción de onda más pequeña de la frecuencia de radio. Sin embargo, los dos difieren porque las microondas no rebotan en la ionosfera, lo que las hace menos útiles para comunicarse a largas distancias.

Sin embargo, esto no significa que no se utilicen en absoluto para comunicarse; Las ondas de frecuencia ultraalta son útiles para penetrar nubes, vapor e incluso la atmósfera. Esto los hace ideales para comunicarse vía satélite. Las microondas en el extremo de mayor frecuencia de la porción también encuentran usos para calentar, como en el horno microondas.

Microondas: una definición exacta

Como las define la Administración de Alimentos y Medicamentos, «Las microondas son una forma de radiación electromagnética; son ondas de energía eléctrica y magnética que se mueven juntas a través del espacio». Esta forma de radiación constituye una parte de todo el espectro electromagnético.

La Enciclopedia Británica sitúa la frecuencia de la radiación de microondas entre 1 y 300 GHz, lo que corresponde a longitudes de onda de 30 cm a 1 mm. Esto difiere del rango de la NASA de 300 MHz a 300 GHz porque gran parte de la porción de microondas se considera parte de la radiofrecuencia.

Para un desglose más detallado de esta forma de radiación, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) desarrolló designaciones específicas para bandas de radar basadas en sus usos.

• Designación de frecuencia: Medición de frecuencia
• Alta frecuencia (HF): 3 – 30 MHz
• Muy alta frecuencia (VHF): 30 – 300 MHz
• Frecuencia ultraalta (UHF): 300 – 1000 MHz
• L: 1 – 2 GHz
• S: 2 – 4 GHz
• C: 4 – 8 GHz
• X: 8 – 12 GHz
• A: 12 – 18 GHz
• K: 18 – 27 GHz
• E: 27 – 40 GHz
• EN: 40 – 75 GHz
• EN: 75 – 110 GHz

¿De dónde vienen los microondas?

Como las microondas comparten gran parte del mismo alcance que las ondas de radio, sus fuentes naturales son similares. Cuando los campos magnéticos entre dos objetos chocan, crean frecuencias de radio. Cuanto más masivos son dos objetos, más energía se libera. El rango de frecuencia más alto de estas colisiones se denomina microondas.

Debido a su proximidad a la porción de luz infrarroja, comenzamos a ver los inicios de fuentes de calor en los rangos de frecuencia más alta de las microondas. Como tal, muchos objetos celestes liberan una frecuencia de microondas natural simplemente por existir. Este descubrimiento, llamado fondo cósmico de microondas, fue un gran paso adelante en la comprensión del espectro electromagnético.

¿Cómo se crean microondas?

A pesar de su descubrimiento a finales del siglo XIX, las microondas fueron prácticamente inútiles hasta casi 1937. Los ingenieros estadounidenses diseñaron el klistrón, un tubo de vacío capaz de amplificar frecuencias de radio. El tubo aceleró los electrones, lo que elevó la frecuencia al rango deseado según la aplicación.

Otra herramienta utilizada para crear microondas es el magnetrón. Este equipo dirige la corriente eléctrica a través de cavidades oscilantes, lo que hace que los electrones se exciten. Los magnetrones pueden crear ráfagas rápidas de energía de alta frecuencia, lo que los hace ideales para sistemas de radar y hornos microondas.

¿Quién descubrió las microondas?

Basándose en la teoría propuesta por James Clerk Maxwell, el físico alemán Heinrich Hertz descubrió la radiofrecuencia en 1887. Mientras experimentaba con una bobina de inducción y un condensador improvisado, Hertz creó ondas electromagnéticas. Detectó estas ondas utilizando dos electrodos separados por un pequeño espacio. Aunque era increíblemente pequeño, Hertz podía ver las olas mientras atravesaban la brecha.

A pesar de su descubrimiento, el físico no pudo determinar ningún uso para la radiofrecuencia, especialmente en el rango de frecuencia más alta. Se necesitarían casi 50 años para que las microondas encontraran una aplicación.

Fondo cósmico de microondas

Si bien el concepto de microondas ya se había establecido, ampliamos significativamente nuestra comprensión del mismo en 1965. Arno Penzias y Robert Woodrow, dos astrónomos de los Laboratorios Bell Telephone, construyeron una antena de bocina especializada para estudiar las radiofrecuencias astronómicas. La pareja descubrió accidentalmente una extraña frecuencia de microondas que impregnaba el espacio desde todas las direcciones y con poca variación.

Se cree que el ruido de fondo, llamado radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), es energía residual del Big Bang, la teoría del comienzo del universo. CMB ha llevado a los investigadores a descubrimientos fantásticos, incluida la materia oscura, los cúmulos galácticos y posibles eventos anteriores a la existencia del universo. Penzias y Woodrow recibieron el Premio Nobel en 1978 por su descubrimiento.

¿Cuáles son las aplicaciones de las microondas?

Comunicaciones

Debido a su corta longitud de onda, las microondas son excelentes vehículos de telecomunicaciones y radiodifusión. Las antenas direccionales son más pequeñas que las necesarias para transmitir ondas de radio de baja frecuencia, lo que las hace más prácticas. Las aplicaciones de las microondas en las comunicaciones incluyen Bluetooth, banda ancha móvil y la mayoría de Internet por satélite, como Starlink.

Calor

La FDA afirma que las microondas tienen las características necesarias para cocinar; se reflejan en el metal, atraviesan materiales finos como el vidrio o el papel y son absorbidos por los alimentos. Con el desarrollo de magnetrones asequibles, este tipo de radiación encuentra su uso más común en los hornos microondas. Otras aplicaciones del calentamiento incluyen el secado y curado de productos industriales y la generación de plasma. La Fuerza Aérea de EE. UU. también ha implementado la longitud de onda en armamento no letal para el control de disturbios.

Espacio

Además de estudiar el CMB, los investigadores utilizan microondas para estudiar muchos cuerpos celestes de baja energía. En particular, los astrónomos de la NASA han utilizado radiotelescopios para hacer rebotar esta frecuencia en los planetas de nuestro sistema solar. Estos experimentos nos han ayudado a determinar la distancia a nuestra luna y la ubicación de Venus. Los científicos también utilizan microondas para analizar estrellas, galaxias y nebulosas.

Ejemplos de microondas en el mundo real

El efecto Doppler

En 1842, el físico austriaco Christian Doppler descubrió que las frecuencias de las ondas cambian a medida que la fuente se mueve. Este efecto, denominado efecto Doppler, encontró aplicación en el descubrimiento de la ubicación de objetos en el agua en relación con un resonador. Esta herramienta, llamada perfilador acústico de corriente Doppler, es la principal herramienta de los oceanógrafos que estudian la velocidad del agua afectada por la corriente.

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Hornos de microondas

Después de la Segunda Guerra Mundial, el especialista en electrónica Percy L. Spencer descubrió, mientras estaba parado junto a un gran magnetrón en un laboratorio de Raytheon, que la energía radiante derretía una barra de chocolate que tenía en el bolsillo. Esto llevó a la experimentación de hornos microondas utilizando magnetrones de tamaño personal. Aunque originalmente era demasiado grande para el uso del consumidor, la tecnología ahora se encuentra en casi todos los hogares de los Estados Unidos.

Conjunto milimétrico y submilimétrico grande de Atacama

Debido a la interferencia de la atmósfera, los astrónomos sólo pueden estudiar una pequeña porción de la frecuencia de microondas de la superficie de la Tierra. Los observatorios terrestres más grandes son el Atacama Large Millimeter and Submillimeter Array (ALMA) en el norte de Chile. Ubicado a 16.000 pies de altura, ALMA utiliza 66 grandes radiotelescopios para la interferometría de radiación de baja frecuencia. El conjunto comenzó a observarse en 2011 y proporcionó información sobre varios cometas, formaciones planetarias y agujeros negros.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se comparan las microondas con las ondas de radio?

Al compartir frecuencias similares, las microondas y las ondas de radio tienen mucho en común. Sin embargo, donde las ondas de radio rebotan en la ionosfera, las microondas no. Esto los hace menos útiles para ciertos tipos de comunicación. Sin embargo, las ondas de radio tienen la característica única de viajar a través del vapor, lo que las hace ideales para las comunicaciones por satélite. Además, las microondas comienzan a producir calor en el extremo de alta frecuencia de su rango, lo que les permite calentar objetos en determinadas aplicaciones.

¿Dónde se encuentran las microondas en el espectro electromagnético?

Las microondas se encuentran entre las ondas de radio y la luz infrarroja en el espectro electromagnético. Comparten características con ambas partes, lo que genera excelentes frecuencias para telecomunicaciones y para calentar objetos.

¿Cómo se producen las microondas en el espectro electromagnético?

Al igual que las ondas de radio, las microondas se producen cuando los campos magnéticos de dos objetos chocan. Los objetos más masivos tienen el potencial de producir ondas de mayor frecuencia, que ingresan a la región de las microondas.

¿De qué frecuencia son los hornos microondas?

Los hornos microondas normalmente funcionan en la banda S de la porción de microondas, que oscila entre aproximadamente 2 y 4 GHz. La mayoría de los hornos convencionales tienen una frecuencia estándar de 2,45 GHz.

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¿Cómo se utilizan normalmente las microondas?

Las microondas tienen una amplia gama de aplicaciones, que incluyen comunicación, navegación, radar, calefacción y espectroscopia. Los usos comunes incluyen tecnología Bluetooth, hornos microondas, control de tráfico aéreo y aplicación de límites de velocidad.