CAPÍTULO 2: RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

APLICACIONES GEOLOGICAS DE LA DETECCION REMOTA

CAPÍTULO 2: RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

INTRODUCCIÓN A LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

  • Con la excepción de los objetos a temperatura absoluta cero, todos los objetos emiten radiación electromagnética (REM).

  • Los objetos también reflejan la radiación que ha sido emitida por otros objetos.

  • La energía electromagnética se genera mediante varios mecanismos.

  • Las imágenes de detección remota se interpretan basándose en la interacción de la REM con los objetos de la Tierra y la atmósfera.

CONCEPTOS IMPORTANTES

  • Energía radiante incidente

  • Radiación solar reflejada (W/m²)

  • Radiación térmica emitida (W/m²)

  • Valores aproximados:

    • Solar reflejada: 700 W/m²

    • Absorbida: 85 W/m²

    • Emitido: 350 W/m²

ENERGÍA DEL SOL

  • La energía solar se compone de:

    • Reflejada

    • Absorbida

    • Transmitida

    • Dispersada

    • Emitida

PROCESO DE FUSIÓN

  • Proceso donde elementos químicos ligeros (como el hidrógeno) se combinan para formar elementos más pesados (como el helio y el carbono).

  • Este proceso convierte masa en energía.

  • La fórmula de Einstein: E = mc^2

    • Donde:

    • E = energía

    • m = masa

    • c = velocidad de la luz en el vacío (3.0 imes 10^8 ext{ m/s}).

  • El Sol produce su energía mediante dos reacciones de fusión:

    1. Proton-Proton (PP) – 88%

    2. Carbono-Nitrógeno-Oxígeno (CNO) – 12%

TEORÍA DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (JAMES CLERK MAXWELL, 1864)

  • La radiación electromagnética está compuesta por campos eléctricos y magnéticos, que viajan perpendiculares entre sí a lo largo de la propagación de la onda.

  • Estas ondas pueden ser descritas mediante longitud de onda y frecuencia:

    • Relación inversa entre frecuencia y longitud de onda:
      f = rac{c}{ ext{λ}}

    • Donde:

    • c = velocidad de la luz (constante)

AMPLITUD, LONGITUD DE ONDA Y FRECUENCIA

  • Diagrama que representa la amplitud, frecuencia y longitud de onda.

  • Diferencias:

    • Alta frecuencia, corta longitud de onda.

    • Baja frecuencia, larga longitud de onda.

UNIDADES DE LONGITUD EN DETECCIÓN REMOTA

Unidad

Equivalente en metros

Kilómetro (km)

1,000 m

Metro (m)

1.0 m

Centímetro (cm)

0.01 m

Milímetro (mm)

0.001 m

Micrómetro (μm)

10^{-6} m

Nanómetro (nm)

10^{-9} m

Unidad de Ångstrom (Å)

10^{-10} m

FRECUENCIAS EN DETECCIÓN REMOTA

Unidad

Equivalente en Hertz (Hz)

Hertz (Hz)

1 cicl/segundo

Kilohertz (kHz)

10^{3} Hz

Megahertz (MHz)

10^{6} Hz

Gigahertz (GHz)

10^{9} Hz

DIVISIONES PRINCIPALES DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

División

Límites

Rayos gamma

< 0.03 nm

Rayos X

0.03-300 nm

Radiación ultravioleta

0.30-0.38 μm

Luz visible

0.38-0.72 μm

Radiación infrarroja

0.72-1.30 μm

Infrarrojo cercano

1.30-3.00 um

Infrarrojo medio

7.0-1,000 μm (1 mm)

Radiación de microondas

1 mm-30 cm

Radio

≥ 30 cm

ENERGÍA Y FRECUENCIA DE UN FOTÓN

  • La REM se puede describir en términos de ondas o como paquetes de energía radiante llamados quanta o fotones.

  • Relación: E = hf

    • Donde:

    • E = energía de un fotón (julios)

    • h = constante de Planck (julios * s)

    • f = frecuencia (hertz)

CÁLCULOS DE ENERGÍA DE UN FOTÓN
1. Energía de un fotón con longitud de onda de 400 nm:

  1. Conversión a metros: 400 nm = (4 imes 10^{-7} ext{ m})

  2. Frecuencia:
    f = rac{c}{ ext{λ}} = rac{3 imes 10^{8} ext{ m/s}}{4 imes 10^{-7} ext{ m}} = 7.5 imes 10^{14} ext{ Hz}

  3. Energía:
    E = hf = (6.63 imes 10^{-34} ext{ J*s}) (7.5 imes 10^{14}/s) = 4.97 imes 10^{-19} ext{ J}

2. Energía de un fotón con longitud de onda de 550 nm:

  1. Conversión a metros: 550 nm = (5.5 imes 10^{-7} ext{ m})

  2. Frecuencia:
    f = rac{c}{ ext{λ}} = rac{3 imes 10^{8} ext{ m/s}}{5.5 imes 10^{-7} ext{ m}} = 5.45 imes 10^{14} ext{ Hz}

  3. Energía:
    E = hf = (6.63 imes 10^{-34} ext{ J*s}) (5.45 imes 10^{14}/s) = 3.61 imes 10^{-19} ext{ J}

3. Energía de un fotón con longitud de onda de 700 nm:

  1. Conversión a metros: 700 nm = (7 imes 10^{-7} ext{ m})

  2. Frecuencia:
    f = rac{c}{ ext{λ}} = rac{3 imes 10^{8} ext{ m/s}}{7 imes 10^{-7} ext{ m}} = 4.3 imes 10^{14} ext{ Hz}

  3. Energía:
    E = hf = (6.63 imes 10^{-34} ext{ J*s}) (4.3 imes 10^{14}/s) = 2.85 imes 10^{-19} ext{ J}

REFLEXIÓN Y ESPECTRO VISUAL

  • Espectro visible del Sol:

  • Luz blanca representa la parte reflejada del espectro.

REFLEXIÓN DE COLORES

  • Representación de cómo diferentes longitudes de onda provocan la percepción de color en el espectro visible.

INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN EN LA ATMÓSFERA

  • Procesos de transmisión, absorción y dispersión.

  • La radiación electromagnética interactúa con aerosoles y gases en la atmósfera.

EFECTOS DE LA DISPERSIÓN

  • La dispersión puede ser causada por polvo atmosférico y gotas de agua grandes.

  • Ejemplo de dispersión de Rayleigh en la atmósfera, donde la intensidad de dispersión es más alta a longitudes de onda más cortas (ej. azul).

RESUMEN DE LA INTERACCIÓN DE ENERGÍA EN LA ATMÓSFERA

  • Diagramas de entrada de radiación solar y radiación terrestre saliente.

  • Importancia de las ventanas atmosféricas para la detección remota.

INTERACCIONES CON SUPERFICIES

  • Cómo las características de las superficies (ej. vegetación, agua) afectan la reflectancia y el comportamiento de la radiación detectada.

RESUMEN GENERAL DE TEMAS CLAVE

  • Ley de Planck: relación entre energía y frecuencia.

  • Ley de Kirchhoff: relación entre energía, longitud de onda y temperatura.

  • Ley de Stefan-Boltzmann: radiación emitida y temperatura.

  • Ley de desplazamiento de Wien: longitud de onda y temperatura.

TAREAS PARA ESTUDIAR

  1. Leer el Capítulo 2 y responder las preguntas de revisión 4, 8 y 9 (al final del capítulo).

  2. Leer los Capítulos 3 y 4.