QUE SON LOS CAMPOS ELECTROMAGNETICOS

Fuentes naturales de campos electromagnéticos

En el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero son invisibles para el ojo humano. Se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas. El campo magnético terrestre provoca la orientación de las agujas de los compases en dirección Norte-Sur, los pájaros y los peces lo utilizan para orientarse.

Fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre

Además de las fuentes naturales, en el espectro electromagnético hay también fuentes generadas por el hombre. Para diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan los rayos X. La electricidad que surge de cualquier toma de corriente lleva asociados campos electromagnéticos de frecuencia baja. Además, diversos tipos de ondas de radio de frecuencia más alta se utilizan para transmitir información, ya sea por medio de antenas de televisión, estaciones de radio o estaciones base de telefonía móvil.

Los campos magnéticos se originan por el movimiento de cargas eléctricas. La intensidad de los campos magnéticos se mide en amperios por metro (A/m), aunque en las investigaciones sobre campos electromagnéticos los científicos utilizan más frecuentemente una magnitud relacionada, la densidad de flujo (en microteslas, µT). Al contrario que los campos eléctricos, los campos magnéticos sólo aparecen cuando se pone en marcha un aparato eléctrico y fluye la corriente.

Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos son más intensos en los puntos cercanos a su origen y su intensidad disminuye rápidamente conforme aumenta la distancia desde la fuente. Los materiales comunes, como las paredes de los edificios, no bloquean los campos magnéticos.

Campos eléctricos

El concepto de campo eléctrico fue introducido en la teoría electromagnética para describir las fuerzas existentes entre cargas eléctricas. Al enchufar un cable eléctrico en una toma de corriente se generan campos eléctricos en el aire que rodea al aparato eléctrico. Cuanto mayor es la tensión, más intenso es el campo eléctrico producido. Como puede existir tensión aunque no haya corriente eléctrica, no es necesario que el aparato eléctrico esté en funcionamiento para que exista un campo eléctrico en su entorno. La intensidad del campo eléctrico creado por una carga es proporcional a la carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia lo cual hace que disminuya rápidamente cuando la distancia a la carga aumenta. E=K·q/d2

Campos magnéticos

El campo magnético es un concepto introducido en la teoría electromagnética para explicar las fuerzas que aparecen entre corrientes eléctricas. Los campos magnéticos se generan únicamente cuando fluye la corriente eléctrica. En este caso, coexisten en el entorno del aparato eléctrico campos magnéticos y eléctricos. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente, mayor es la intensidad del campo magnético.

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La intensidad del campo magnético debido a la corriente I que recorre un conductor rectilíneo sobre un punto situado una distancia d se expresa como: H=I/2d

Es más habitual representar el campo magnético mediante la inducción magnética B. Este término se relaciona con H mediante la permeabilidad magnética : B=H

La permeabilidad magnética depende del medio, en el vacío se designa como 0 cuyo valor es 4·10-7 henrios/metro

Figura 1. Figura 2.

Figura 3. Características de los campos eléctrico y magnético

El movimiento de cargas en un metal conductor (por ejemplo una antena de TV) origina ondas de campos eléctrico y magnético denominadas ondas electromagnéticas. Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre si y

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perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio para propagarse. Así estas ondas pueden atravesar el espacio exterior y llegar a la tierra desde el sol o las estrellas.

Al igual que cualquier otro fenómeno ondulatorio, la radiación electromagnética queda definida por su longitud de onda y su frecuencia. La longitud de onda λ (en metros) es la distancia que existe entre los puntos correspondientes a un ciclo completo de la onda electromagnética. La frecuencia f (en hercios Hz) es el número de ondas electromagnéticas que se repiten en un segundo. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz c = 299.792 km/s. La frecuencia y longitud de onda son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características y están relacionadas mediante la fórmula λf=c. Como el valor de c es fijo, la longitud de onda de las señales electromagnéticas de alta frecuencia es muy corta, mientras que las señales de baja frecuencia tienen una longitud de onda muy larga. Esta característica sirve para clasificar las distintas ondas electromagnéticas en función de su frecuencia o longitud de onda en lo que se llama Espectro electromagnético.

Figura 4. Espectro Electromagnético

Una de las propiedades del campo electromagnético es transmitir energía a grandes distancias por medio de ondas en ausencia de cualquier medio material. Esta energía se asocia con el producto vectorial del campo eléctrico y magnético. Dicho producto se denomina vector de Poynting (S) donde S=E·HLas radiaciones electromagnéticas consisten en fotones de distintas energías. Los fotones son los cuantos del campo electromagnético. Recientemente, a comienzos del siglo XX, Planck descubrió que la energía de un fotón depende de su frecuencia. La frecuencia del fotón o frecuencia de la onda electromagnética determina, por ejemplo, los colores. La diferencia entre la luz verde y la roja es su frecuencia. La capacidad de impresionar nuestro órgano visual queda restringida a una banda muy

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reducida de las frecuencias posibles. Si es f la frecuencia del fotón su energía E es proporcional a f con una constante de proporcionalidad que desde Planck se conoce con la letra h. Por tanto la formula que relaciona energía y frecuencia es sencillamente E=hf.

Cuanto mayor es la frecuencia de una onda electromagnética (y, por consiguiente, menor es su longitud de onda) mayor es su energía. Esta energía puede ser captada por una antena receptora. Cuando por una región del espacio se propaga un flujo de ondas electromagnéticas, se dice que en esa zona hay un campo electromagnético cuya magnitud se define como intensidad de campo. A medida que las ondas se propagan por el espacio la potencia disminuye rápidamente al alejarse de la fuente; esta disminución es proporcional al cuadrado de la distancia a la antena.

Figura 5. Onda electromagnética

La longitud de onda y la frecuencia determinan otra característica importante de los campos electromagnéticos, la ionización. Las ondas electromagnéticas son transportadas por partículas llamadas cuantos de luz. Los cuantos de luz de ondas con frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) transportan más energía que los de las ondas de menor frecuencia (longitudes de onda más largas). De las radiaciones que componen el espectro electromagnético, los rayos gamma que emiten los materiales radioactivos, los rayos cósmicos y los rayos X tienen la capacidad de romper los enlaces moleculares y se conocen como radiación ionizante. Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energía suficiente para romper los enlaces moleculares se conocen como radiación no ionizante.

Las fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre que constituyen una parte fundamental de las sociedades industriales (la electricidad, las microondas y los campos de radiofrecuencia) están en el extremo del espectro electromagnético correspondiente a longitudes de onda relativamente largas y frecuencias bajas y sus cuantos no son capaces de romper enlaces químicos. Son por tanto radiaciones no ionizantes.

Los fotones de alta energía, comprendida en el rango de órdenes de magnitud de 0.1 a 1 eV, son capaces de romper las moléculas ya que la energía del enlace químico está comprendida en el mismo intervalo. Los fotones con energía inferior a 0.1 eV no son capaces de romper los enlaces químicos y se denominan no ionizantes.

Si la constante de Planck es h= 6.6 10-34 Julio segundo ó 6.6 10-15 eV segundo todos los fotones con frecuencias inferiores a 1013 Hz tienen energías inferiores a 0.01 eV y pueden considerarse como radiaciones no ionizantes o no rompedoras de moléculas. Por esta razón las denominadas radiaciones no ionizantes abarcan el

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espectro de frecuencias que se extiende entre los campos estáticos - o no variables con el tiempo - para los que f=0 y los de frecuencia 300 GHz.

Cuando se estudian los efectos biológicos de radiaciones electromagnéticas es importante distinguir dos rangos de radiaciones: ionizantes y no ionizantes, cuyos mecanismos de interacción con los tejidos vivos son muy diferentes. La ionización es un proceso por el cual los electrones son desplazados de los átomos y moléculas. Algunas ondas electromagnéticas transportan tanta energía por cuanto de luz que son capaces de romper los enlaces entre las moléculas. Este proceso puede generar cambios moleculares potencialmente capaces de dar lugar a lesiones en los tejidos biológicos, incluyendo efectos en el material genético (ADN).

Las radiaciones no ionizantes comprenden la porción del espectro electromagnético cuya energía no es capaz de romper las uniones atómicas, incluso a intensidades altas. No obstante, estas radiaciones pueden ceder energía suficiente, cuando inciden en los organismos vivos, como para producir efectos térmicos (de calentamiento) tales como los inducidos por las microondas.

También, las radiaciones no ionizantes intensas de frecuencias bajas pueden inducir corrientes eléctricas en los tejidos, que pueden afectar al funcionamiento de células sensibles a dichas corrientes, como pueden ser las células musculares o las nerviosas. Algunos estudios experimentales, realizados generalmente sobre cultivos de células, han mostrado respuestas biológicas a radiaciones no ionizantes demasiado débiles para inducir efectos térmicos o corrientes intensas.

Todos sabemos que la radiación gamma o los rayos x al ser ionizantes pueden producir efectos nocivos sobre los tejidos. Pero debe considerarse que no basta la incidencia de fotones de alta energía para derivarse daños, es también preciso que el número de fotones sea suficientemente elevado. La dependencia del daño con el número de fotones o intensidad de la radiación permite hablar de dosis de tolerancia y dosis de seguridad incluso para las radiaciones altamente energéticas o ionizantes.

Se puede concluir que todos los fotones u ondas electromagnéticas con frecuencias comprendidas entre cero herzios y un billón de herzios no tienen energía suficiente para romper moléculas y por tanto se consideran no ionizantes. Son por tanto incapaces de generar directamente mutaciones genéticas mediante la ruptura de ADN.

En la siguiente figura se resumen las radiaciones electromagnéticas y sus efectos biológicos en función de la frecuencia de las ondas.

Figura 6. Efectos de la radiación electromagnética

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Clasificación de los campos electromagnéticos

Refiriéndonos a los campos electromagnéticos no ionizantes, podemos distinguir dos grandes grupos de fuentes de radiación en nuestro entorno:

1. Las fuentes que generan campos de frecuencias inferiores a 3 kHz(de 0 a 3 kHz), entre los que se encuentran:

· Las fuentes de “campos estáticos” (0 kHz):Trenes de levitación magnética, sistemas de resonancia magnética para diagnóstico médico y los sistemas electrolíticos en aplicación industrial.

· De 30 a 300 Hz. Campos de frecuencias extremadamente bajas:Equipos relacionados con la generación, transporte o utilización de la energía eléctrica de 50 Hz, líneas de alta y media tensión y aparatos electrodomésticos (neveras, secadores de pelo, etc.).

· De 300 Hz a 3 kHz:Cocinas de inducción, antenas de radiodifusión modulada y equipos de soldadura de arco.

2. Los campos de radiofrecuencias (de 3 kHz a 300 GHz) son las siguientes:

· De 3 kHz a 30 kHz (VLF):Antenas de radionavegación y radiodifusión modulada, monitores de ordenador, sistemas antirrobo.

· De 30 kHz a 300 kHz (LF):Pantallas y monitores, antenas de radiodifusión, comunicaciones marinas y aeronáuticas, radiolocalización.

· De 300 kHz a 3 MHz (HF):Radioteléfonos marinos, radiodifusión AM, termoselladoras.

· De 3 MHz a 30 MHz:Antenas de radioaficionados, termoselladoras, aparatos para diatermia quirúrgica, sistemas antirrobo.

· De 30 MHz a 300 MHz (VHF):Antenas de radiodifusión, frecuencia modulada, antenas de estaciones de televisión, sistemas antirrobo.

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· De 300 MHz a 3 GHz (UHF):Teléfonos móviles, antenas de estaciones base de telefonía móvil, hornos de microondas, aparatos para diatermia quirúrgica, sistemas antirrobo.

· De 3 GHz a 30 GHz (SHF):Antenas de comunicaciones vía satélite, radares, enlaces por microondas.

· De 30 GHz a 300 GHz (EHF):Antenas de radionavegación, radares, antenas de radiodifusión.

Ondas electromagnéticas de radiofrecuencia

Hasta aquí hemos descrito la naturaleza de las ondas electromagnéticas y su clasificación en función de la frecuencia dentro del espectro electromagnético. Es esa frecuencia particular de cada tipo de onda la que otorga a cada onda unas características y propiedades físicas.

A continuación haremos un estudio más detallado de las ondas que nos interesan, las empleadas en telefonía móvil.

Hasta hace poco tiempo cada país europeo empleaba su propio sistema de telefonía, diferente del adoptado por otros países ya que los respectivos operadores utilizaban bandas de frecuencia y tecnologías diferentes. Todos estos sistemas eran de tipo analógico. Esta variedad de estándares hacía incompatibles los equipos en diferentes sistemas.

Ante esta situación la Unión Europea optó por definir una norma técnica única que operaría en una banda de frecuencias común y que habría de ser adoptada por todos los países miembros de la Unión Europea. Así surgió el denominado Global System for Mobile Communications (GSM) que opera en la banda de 900 MHz y una extensión de este sistema, el European Digital Cordless System (DCS-1800), muy semejante al GSM pero que opera en la banda de 1800 MHz.

La telefonía móvil emplea por tanto ondas electromagnéticas de radiofrecuencia para transmitir voz, datos e imágenes. Los teléfonos móviles reciben y emiten señales de la misma frecuencia que las estaciones base, pero de potencias muy inferiores a las estaciones base.

Para la radiación de radiofrecuencia, la energía que alcanza una superficie, en milivatios por centímetro cuadrado (mW/cm2) se denomina la "densidad de potencia". La densidad de potencia mide la “fuerza” de la radiación RF incidente y es la forma más extendida de cuantificar la exposición externa a la radiación RF, principalmente porque es relativamente fácil de medir. Sin embargo, la densidad de potencia es una medida imperfecta de las condiciones en el interior de un organismo irradiado. En su lugar, los científicos emplean una medida de exposición interna, la tasa absorción específica, SAR (en W/kg). El SAR generalmente es usado como la medida de dosis en experimentos de laboratorio, y sirve como base científica para las normas de seguridad modernas en materia de radiación. La relación entre densidad de potencia y SAR es compleja, y depende fuertemente de la frecuencia de la radiación RF y del tamaño del objeto expuesto.

Los límites que establece el Ministerio de Sanidad y Consumo son de 0.45 mW/cm2

a 900 MHz y 0.90 mW/cm2 a 1800 MHz.

Conviene precisar que tanto los teléfonos móviles como las estaciones base emiten habitualmente a una potencia mucho menor de los límites establecidos. Además la potencia que emite el teléfono móvil se controla desde la estación base, de manera

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que se utiliza la mínima potencia suficiente para mantener la comunicación. Esta potencia mínima depende de la distancia del terminal a la estación base, siendo menor cuanto más cerca se está de la antena; por lo que es bueno que haya suficientes estaciones. Por otra parte, en los teléfonos móviles la transmisión se realiza a ráfagas; se emite sólo un octavo del tiempo.

Los efectos de los campos electromagnéticos sobre el organismo no sólo dependen de su intensidad sino también de su frecuencia y energía

Las frecuencias utilizadas en los sistemas de telefonía móvil -entre los 900 y los 1800 MHz- son varios millones de veces inferiores a las correspondientes a la energía necesaria para ionizar la materia, es decir, estas emisiones radioeléctricas pertenecen al grupo de las "no ionizantes", por lo que sus efectos no son nocivos para la salud.

A lo sumo pueden provocar un leve calentamiento (menos de 1ºC) del cuerpo humano en unas condiciones concretas como situarnos a 1 ó 2 metros de una estación base. Situación poco probable en la vida cotidiana puesto que las antenas se colocan elevadas varias decenas de metros sobre los usuarios.

Para que los efectos térmicos sean apreciables a pie de calle la potencia de los campos electromagnéticos debe ser mucho más elevada, unas 1000 veces más alta que la potencia normalmente utilizada en la telefonía móvil. Por tanto, cabe concluir que la telefonía móvil no causa efectos térmicos perjudiciales.

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