SEMANA 11

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA TELEDETECCIÓN

LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (REM)

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.

Las ondas electromagnéticas que componen la radiación electromagnética pueden ser representadas como campos eléctricos y magnéticos autopropagados en forma de onda transversal.

La radiación electromagnética puede manifestarse de diversas maneras como calor radiado, luz visible,rayos X o rayos gamma.

EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Llamamos espectro electromagnético al conjunto formado por ondas, desde las que tienen mayor longitud (por ejemplo, las ondas de radio o las ondas que pertenecen a sonidos que pueden ser percibidos por el oído del ser humano) hasta las ondas de menor longitud (por ejemplo, los rayos Gamma o los rayos cósmicos)

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EFECTOS ATMOSFÉRICOS

INTERACCIÓN DE LA LUZ

Cuando la luz incide sobre la materia se pue-den producir diferentes cambios:

Absorción. La materia no deja pasar la luz yse dice que es «opaca». La luz absorbida sue-le convertirse en calor. En algunos materia-les se producen transformaciones químicas (por ejemplo, en ciertas sustancias como los halurosde plata) y en otros se genera electricidad(por ejemplo, en sensores fotoeléctricos).

Reflexión. La materia reenvía la luz que llega a la superficie. No existe un reflector perfecto al 100%, por lo que en una reflexión siempre sucede además una absorción y/o transmisión.

La reflexión puede ser de tres tipos:

1) Especular.  Se produce cuando la luz incide en sustancias con superficies «lisas4», como el agua en calma, vidrio, etc. Los rayosde luz que llegan a la superficie son reflejados en el mismo ángulo respecto a la perpendicular de la superficie o normal. (Figura 6)

2) Difusa. Cuando la superficie de incidencia es irregular se produce una reflexión en todas direcciones, causando un aspecto«mate». Por ejemplo, en una hoja de papel o la Luna.

3) Selectiva. Hay superficies que además tienen la propiedad de reflejar ciertas longitudes de onda y absorber las restantes. En un objeto de color amarillo, por ejemplo, se absorben todos los colores excepto el amarillo, que es reflejado.

Refracción. Cuando la luz pasa oblicuamente de un medio a otro con diferente densidad (por ejemplo, del aire al vidrio) se origina un cambio de dirección. Es el principio de la formación de imágenes en la óptica de lentes.

En la refracción, el rayo incidente y el refractado están en el mismo plano y en lados opuestos de la normal a la superficie. Entonces, se cumple la ley de refracción (ley deSnell) (figura 7)

n1.senθ1 = n2 .senθ 2

donde ni es el índice de refracción del medio, que se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el medio (v) y  la velocidad de la luz en el vacío (c):   ni=v/c

Como la luz blanca está formada por todos los colores del espectro visible, cada color o longitud de onda es refractada diferente, pues cada color tiene distintos índices de refracción, produciéndose un abanico con todos los colores.

Transmisión. Es el paso de la luz a través de sustancias no opacas. Pueden producirse tres tipos de transmisiones:

1) Directa. Si la transmisión se realiza directamente a través de un material sin dispersarse (como el vidrio, por ejemplo).

2) Difusa. La luz se desvía en muchas direcciones, como ocurre con los materiales translúcidos, como el vidrio deslustrado.

3) Selectiva. Además ciertos materiales pueden absorber ciertas longitudes de onda. Un filtro de color rojo solo deja pasar las longitudes de ondas correspondientes a esta zona del espectro visible, absorbiendo el resto de los  colores.

Dispersión. Es un caso de refracción en el que se produce la separación de la luz en sus diferentes longitudes de onda, como el arco iris. Todos los medios materiales son más o menos dispersivos, como el agua, el vidrio o el aire (Figura 8).

Difracción. Es un fenómeno debido a la naturaleza ondulatoria de la luz. Se produce cuando la luz abandona su trayectoria rectilínea, desviándose y curvándose aparentemente en los bordes de un obstáculo o de un orificio cuyo tamaño es menor o comparable a la longitud de onda de la luz. Cuanto menor es el obstáculo más notable es el fenómeno de la difracción.

La difracción de la luz es difícil de observar debido a que la longitud de onda es pequeña en comparación con el tamaño de los objetos corrientes. La difracción en una abertura circular repercute en la resolución de los instrumentos ópticos (Figura 9).

Polarización. También se debe al carácter ondulatorio de la luz. La luz puede considerarse como un conjunto de ondas que se desplazan en planos de todas las direcciones perpendiculares a la dirección de movimiento. Bajo ciertas circunstancias las ondas de luz se ven obligadas a vibrar en un solo plano (Figura 10). Esta luz se llama polarizada y el plano restante es el de polarización. Los tipos de polarización más comunes son el lineal y el circular,  que indican la proyección del plano de desplazamiento de la onda.

El ojo humano no puede distinguir normalmente si una luz es o no polarizada, pero se pueden producir ciertos efectos visuales y fotográficos. Para ello se emplean filtros polarizadores (lineales y circulares), que están compuestos por dos cristales polarizadores, de manera que rotando uno de ellos se ajusta el efecto deseado.

En la Naturaleza frecuentemente se producen varios de todos estos fenómenos simultáneamente.