Longitud de Onda y Frecuencia

La luz es uno de los fenómenos de la naturaleza que mas ha intrigado al hombre. Ya desde la más remota antigüedad se discutía si la luz se propaga al instante (velocidad infinita) o a cierta velocidad, velocidad finita.

En el siglo 17, con el interés por conocer las ciencias naturales, se empezó a estudiar más sobre el fenómeno de la luz. En 1617 el astrónomo Danés Ole Roemer observo que el satélite Io de Júpiter presente eclipses. También observo que el periodo de los eclipses era meno cuando Júpiter esta más cerca de la tierra y un poco más largos cuando Júpiter estaba más alejado. Roemel concluyo que la diferencia en el periodo era debido a que la luz procedente de Jupiter tarda menos tiempo cuando está cerca y más cuando esta más lejos. Es decir que la luz tiene una velocidad que se puede deducir comparando el retardo del periodo y la distancia Tierra Sol. Más tarde, a principios del siglo 19 se hicieron experimentos en la tierra que permitieron conocer con más precisión la velocidad de la luz que es ligeramente menor a 300.000 kilómetros por segundo.

Otro detalle que se observa con la luz es que presenta líneas de interferencia. Esto se nota cuando la luz pasa en las cercanías de borde perfectamente recto o cuando se pasa por un agujero muy delgado. En estos casos la sobra cercana al borde presenta líneas intensas y oscuras igualmente espaciadas. Este fenómeno se puede explicar si se admite que la luz presenta características de ondas y la separación entre líneas oscuras corresponde a la longitud de onda. Las mediciones de estas interferencias indicaron que la longitud de onda de la luz era de 400 a 700 nanómetros (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro o la millonésima parte de un milímetro). La longitud de onda es tan pequeña que nuestros ojos no alcanzan a observarlas.

Otro fenómeno de interferencias se tiene cuando tenemos una superficie con ranuras a muy corta distancia y si esta es iluminada con un rayo de luz, esta se dispersa como si fuera un arcoíris. Este fenómeno lo observamos cuando miramos un disco CD el cual tiene en su superficie finísimas ranuras (donde se almacena la música digitalmente).  Conociendo la separación entre ranuras y el ángulo con que incide el rayo de luz se puede encontrar la longitud de onda.

Lo cierto es que la longitud de onda de la luz depende del color. 400 nanómetros corresponde a la luz azul mientras 800 corresponden a la luz roja.

Ahora bien, longitud de onda es la distancia recorrida por la luz en la unidad de tiempo. Si nosotros conocemos la velocidad de la luz entonces podemos conocer con que frecuencia están variando las ondas de luz:

Frecuencia = Velocidad de la luz/longitud de onda.

Observen que lo primero que se conoció del comportamiento ondulatorio de la luz fue su longitud de onda y de ahí se dedujo la frecuencia.

A mediados del siglo 18, el científico ingles Carl Maxwell, utilizando los resultados sobre electricidad y magnetismo estudiados por Ampere y Faraday encontró que un campo eléctrico y magnéticos que oscilen simultáneamente producen ondas electro-magnéticas que se propagan al espacio a 300.000 Km/seg, es decir a la velocidad de la luz. Inmediatamente se comprendió que la luz debería ser ondas electromagnéticas a una longitud de onda ya conocida.

Lo interesante es que la velocidad de 300.000 Kms/seg fue calculada usando los parámetros dieléctricos de una materia para el campo magnético y eléctrico y coincide con el valor medido apara la luz. Este concepto es importantísimo, en el sentido que la velocidad de la luz es una constante de la materia y es una afirmación en que se basan la físicas modernas de la relatividad y cuántica.

Después del trabajo de Maxwell, los científicos se dedicaron a producir ondas electromagnéticas de frecuencias más bajas que la luz y esta onda constituye lo que actualmente es la RADIO ondas radioeléctricas.

Ya habíamos dicho que la luz tiene una longitud de onda entre 400 y 700 nanometros que corresponde a una frecuencias del orden de 450 a 750 Teraherzios.

Nosotros medimos frecuencias en ciclos llamados también Hertz. mil Hertz son un KiloHertz. Mil Kilohertz son un Megahertz. Mil Megaherz son un Gigahertz y finalmente mil Gigarhertz es un Terahertz.

Para tener una mejor idea de la frecuencia de la luz podemos decir que esta es 450.000 a 750.000 Gigahetz.

Pero en aplicaciones de radio usamos frecuencias desde algunos Hertz hasta unos 10 Gigahertz y algo más..

Como puede verse las frecuencias de las ondas electromagnéticas incluida la luz cubren un campo muy grande y presentas características especiales dependiendo del orden de frecuencias que se esté usando. Para clasificarlas se utiliza el término de bandas caracterizada por un rango de frecuencias que presentan características comunes.

Usando el sistema métrico decimal para medir longitudes, entonces los segmentos de frecuencia se pueden expresar en metros y sus múltiplos.  A principios del siglo 20, quizás, las longitudes de ondas de 1000 a 100 metros se consideraban como las ondas medias, esto corresponden a frecuencias entre 300 kilohertz a 3.000 kilohertz equivalentes a 3 Megahertz. En este rango de frecuencia estaban las estaciones de radiodifusión comercial en AM entre 550 a 1600 kilohertz.

Como estamos diciendo, las longitudes entre 1000 y 100 metros se considera onda medio o mejor dicho “Frecuencias Medías” y en ingles Medium Freqquency abreviado MF. Las longitudes de onda entre 1000 a 10000 metros (30 a 300 kilohertz) se denominan “Baja Frecuencias” en ingles Low frecuency abreviados LF y las longitudes entre 10.000 a 100.000 metros (30 a 3 kilohertz) serian “Muy Baja Frecuencia”, en inglés Very Low Frequency abreviado VLF.

Para longitudes de onda menores a la Frecuencia Media (MF) se tiene:

De 100 a 10 metros correspondiente a frecuencias entre 3 a 30 Mhz se denomina “Alta Frecuencia” en ingles Hi Frequency abreviada “HF”. Este rango de frecuencia es el más usado por los radioaficionados en con nuestras bandas de 80, 40, 20, 15 y 10 metros.

Longitudes de onda entre 10 metros a 1 metro (frecuencias de 30 a 300 MHz) se llama Frecuencia muy elevada, en ingles Very Hi Frequency y abreviada VHF. En este rango están nuestras bandas de 6 y 2 metros.

Para longitudes de onda de 1 metro a 1 decímetro correspondientes a frecuencias de 300 a 3000 MHz  se denominan Ultra Alta Frecuencia, en ingles Ultra Hi Frequency abreviada UHF.

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Años atrás, en el argot popular se consideraba la frecuencia de 1.500 KHz como un límite y las frecuencias menores a este límite se llamaba Onda Larga y las superiores Onda Corta. De esta manera nuestra popular banda de HF es conocida también como Onda Corta.

Frecuencias arriba de 500 MHz se consideran como “Microondas” y se clasifican un poco diferentes en segmentos que llaman bandas. Los primeros usuarios de microondas fueron los militares, especialmente durante la segunda guerra mundial, para uso de radar.

Para lo que trabajan en Microondas las frecuencias por debajo de 500 MHz la denominan Banda “P” de la palabra Previas, en el sentido de Previas a las microondas.

Las frecuencias entre 500 y 2.000 MHz (0.5 a 2 GHz) se denominan Banda “L” de la palabra Larga (Large en inglés) para distinguirlas de las frecuencias de 2 GHz a 4 GHz que la denominan Banda “S” de corto en ingles “short”.

Los militares empezaron a usar equipos entre 8 y 12 GHz para radares que controlaban cañones de tiro. Quizás porque la mirilla tenía la forma de una X a esta banda sele bautizo como Banda X.

Como quedaba un espacio entre 4 GHz de la banda S y 8 GHz de la banda X, a este segmento se le denomino Banda C de la palabra Compromiso, compromice en ingles.

Arriba de 12 GHz, curiosamente toman nombres del Alemán. Se denomina banda K de la palabra alemana “Kurs” que significa Corta y se distinguen tres segmentos:

Banda Ku de 12 a 18 GHz del alemán Kurz Unten “Corta Abajo”.

Banda K propiamente dicha de 18 a 26 GHz.

Banda Ka de 26 a40 GHz correspondiente a  Kurz above “Corta Arriba”

Esta definiciones de bandas de microondas P L S C X y K es la más usadas en el mundo pero puede causar confusión porque los Europeos hicieron otra clasificación, un poco más lógica, llamando bandas A, B, C, etc, pero su denominación no es muy difundida.

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