Espectro electromagnético

El espectro electromagnético abarca aproximadamente 19 órdenes de magnitud en frecuencia, desde las ondas de radio de onda larga en torno a 10^3 Hz hasta los rayos gamma de mayor energía detectados por encima de 10^22 Hz. Todas las bandas son el mismo fenómeno físico: oscilaciones transversales de los campos E y B que se propagan a c = 3 × 10^8 m/s en el vacío. La relación c = f × λ implica que cuando la frecuencia aumenta un factor de diez, la longitud de onda disminuye en la misma proporción. Las ondas de radio a 1 MHz tienen longitudes de onda de 300 m; la luz visible a 5 × 10^14 Hz tiene longitudes de onda de 500 nm; los rayos X médicos a 10^18 Hz tienen longitudes de onda menores que el tamaño de un átomo. La energía del fotón E = hf (h = 6,626 × 10^-34 J·s) escala de forma idéntica con la frecuencia, por lo que los fotones gamma llevan aproximadamente 10^19 veces más energía que los fotones de radio.

Cada banda interactúa con la materia de forma diferente porque la energía del fotón determina qué transición molecular o nuclear puede inducir. Las ondas de radio atraviesan los tejidos y solo se acoplan a la precesión de espines nucleares a 64 MHz por tesla (IRM). Los fotones infrarrojos a 0,1 eV coinciden con los modos vibracionales de los enlaces moleculares, lo que convierte la espectroscopía de IR en una huella dactilar de la estructura química. Los fotones visibles a 2-3 eV excitan transiciones electrónicas en moléculas conjugadas y en los pigmentos de los fotorreceptores, sustentando la fotosíntesis y la visión humana. Los fotones UV por encima de 3,1 eV pueden romper los enlaces pi de las bases del DNA, lo que explica la mutagénesis inducida por la radiación ultravioleta. Los fotones de rayos X a 10-100 keV ionizan electrones de capas internas y penetran los tejidos blandos mientras son absorbidos por el hueso denso. Los rayos gamma por encima de 100 keV provienen de transiciones nucleares y decaimiento radiactivo, y requieren metros de hormigón o plomo para su blindaje.