Primero, debemos distinguir entre la descripción clásica y la descripción cuántica de la radiación electromagnética, ya que ha sacado fragmentos de ambas.
La teoría clásica describe la radiación como ondas continuas. No son tan diferentes a las ondas de agua o las ondas en una cuerda. Un ejemplo simple es una onda plana sinusoidal, donde podemos definir una amplitud, frecuencia y velocidad de onda.
En una onda electromagnética (onda EM), la energía se almacena en los campos eléctricos y magnéticos. De hecho, la densidad de energía de una onda EM es proporcional al cuadrado de la amplitud del campo eléctrico o magnético. Si promedia durante un ciclo completo (o muchos ciclos), la frecuencia de las ondas no afecta la densidad de energía promedio porque la altura promedio de [matemáticas] \ cos ^ 2 (\ omega t) [/ matemáticas] durante un ciclo completo es la mitad, independientemente de la frecuencia.
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Sin embargo, sabemos que la radiación EM se describe en última instancia por la teoría cuántica. La teoría cuántica describe la radiación como una colección de objetos cuantificados (fotones) que tienen algunas propiedades de ondas clásicas y partículas clásicas. La teoría clásica es una gran aproximación para las ondas de alta intensidad, donde el número de fotones es extremadamente grande.
Un solo fotón tiene una frecuencia y energía bien definidas, pero no una amplitud bien definida. Ciertamente no es como una onda plana donde la altura vuelve a la misma amplitud después de cada ciclo. La energía de un fotón es directamente proporcional a su frecuencia y nada más (aparte de la constante de Planck). La energía de un fotón todavía está en el campo electromagnético, pero eso no es algo fácil de calcular o medir para un solo fotón.
Cuando hablamos de radiación de alta energía, como los rayos X o los rayos gamma, generalmente tenemos una pequeña cantidad de fotones, y la descripción cuántica es más adecuada. Cuando hablamos de radiación de baja energía, como las ondas de radio y la luz, utilizamos una imagen clásica de una onda compuesta de millones de fotones. Un láser es un haz especial de radiación donde todos los fotones oscilan con la misma frecuencia y fase.
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