Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

febrero 18, 2012

Microondas: de las telecomunicaciones a la cocina

Son simples ondas de radio, de longitud un poco más pequeña, pero cuyas características las han convertido en una de las herramientas clave de nuestra vida actual.

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Las antenas de Torrespaña, de RTVE
(Foto CC de Xauxa Håkan Svensson,
vía Wikimedia Commons)
Cuando ponemos las palomitas de maíz en el microondas para una sesión doméstica de cine o un partido de fútbol, estamos reproduciendo sin saberlo un experimento de 1945 que llevó el principio del radar a numerosas cocinas en todo el mundo.

El experimento en cuestión fue inspirado por un peculiar accidente. Percy Spencer, ingeniero autodidacta contratado por la empresa Raytheon, estaba investigando las características y fabricación de los magnetrones usados para producir ondas de radar. Un día, después de estar un tiempo frente a un potente magnetrón en funcionamiento, descubrió que se había derretido una chocolatina que llevaba en el bolsillo.

Al día siguiente, Spencer hizo un experimento informal llevando maíz para palomitas a su laboratorio y colocándolo frente al magnetrón, con los mismos resultados que obtenemos nosotros en nuestras cocinas. Un año después, Raytheon empezaba a vender un horno de microondas primitivo, basado en la patente de Spencer… y el público en general se familiarizaba con la palabra “microondas” aunque probablemente no con su significado.

Las microondas se definen son ondas de radio con longitudes de onda entre un metro y un milímetro o bien de frecuencias entre 1 y 100 GHz o gigaherzios (es decir, que oscilan entre 1.000 y 300.000 millones de veces por segundo). Son más potentes y de mayor frecuencia que las ondas que utilizamos para la transmisión de radio y menos potentes que la radiación infrarroja, la luz visible, los rayos X y los rayos gamma.

Una de las características peculiares de las microondas es que ciertas sustancias como las grasas o el agua absorben su energía y entran en movimiento, chocando entre sí y produciendo calor. Es un fenómeno que los físicos llaman “calentamiento dieléctrico” y que es el responsable de que nuestros pequeños hornos puedan calentar la comida “agitando” sus líquidos y grasas sin calentar ni el aire ni los recipientes. Las microondas que utilizan nuestros hornos tienen una longitud de onda de 122 milímetros.

Las microondas habían sido previstas por las ecuaciones publicadas en 1873 por el físico escocés James Clerk Maxwell. Al entender que el magnetismo y la electricidad eran una misma fuerza, la electromagnética, y describir su funcionamiento, preveía la posibilidad de que existieran ondas electromagnéticas invisibles con longitudes de onda mucho mayores que las de la luz visible (que tiene longitudes entre unos 400 y 700 nanómetros, o millonésimas de metro).

Fue Heinrich Hertz quien a partir de 1886 hizo los experimentos que demostraron que estas ondas existían y que se podían transmitir, convirtiéndose en el primer hombre que generó ondas de radio.

El siglo XX comenzó de lleno con el esfuerzo por generar, controlar y utilizar efectivamente esas ondas, con las experiencias y desarrollo de la radio por parte del italiano Guillermo Marconi. Con base en ellas, Nikola Tesla propuso que se podían utilizar ondas electromagnéticas para localizar objetos que las reflejaran, principio que fue utilizado por el francés Émile Girardeau en 1934 para crear el primer radar experimental utilizando el magnetrón, inventado en 1920 por Albert Hull, para emitir microondas, que son reflejadas por los objetos metálicos.

El radar, palabra procedente de las siglas en inglés de “detección y localización por radio”, se desarrolló rápidamente en varios países, pero fueron los británicos los primeros que lo emplearon con éxito para detectar la entrada de aviones enemigos en su espacio aéreo. Continuó siendo un elemento fundamental durante toda la Segunda Guerra Mundial.

Desde el radar y el horno, las microondas han encontrado una variedad asombrosa de usos en nuestra vida.

En el terreno de las comunicaciones, las microondas tienen la ventaja de que se pueden transmitir en haces muy estrechos que pueden ser captados por antenas igualmente pequeñas. Por ello se utilizaron, antes de que existiera la fibra óptica, para crear enlaces terrestres como los de telefonía y televisión. La comunicación por microondas se realiza en lo que se llama “línea de visión”, es decir, no debe haber obstrucciones (incluida la curvatura de la Tierra) entre antenas. Así, la señal se iba relevando de una a otra antena de microondas situadas generalmente en puntos geográficos elevados.

Los satélites se enlazan mediante microondas entre sí y a las estaciones terrestres que los controlan y dirigen, y a todos los puntos a los que envían su información. Todo lo que obtenemos de los satélites nos llega por microondas, sean datos meteorológicos, las fotografías del telescopio Hubble, mediciones del magnetismo terrestre o los datos para la navegación por satélite, como los del sistema GPS estadounidense que hoy está presente en la mayoría de los automóviles y el futuro Galileo de la Unión Europea.

Las microondas, además, permiten la existencia de la telefonía móvil y otros sistemas de comunicación inalámbrica como el bluetooth y el wifi. Su eficiencia a baja potencia permite tener transmisores y receptores pequeños y de bajo consumo. Y pese a todas las afirmaciones poco informadas en contrario, son, hasta donde sabemos, inocuas para la salud humana, lo cual se explica fácilmente al tener en cuenta que tienen mucho menos energía que la luz visible.

La radioastronomía, por su parte, observa la radiación de microondas del universo e incluso las utiliza para realizar tareas tan diversas como calcular la distancia de la Tierra a la Luna o para poder cartografiar la superficie de Venus a través de su eterna capa de nubes.

Estas peculiares ondas de radio podrían ser, además, protagonistas de uno de los avances más anhelados de nuestro tiempo: la fusión nuclear controlada, que podría darnos cantidades enormes de energía con mínima contaminación y a bajo coste. En los reactores, las microondas se emplean para ayudar a calentar el hidrógeno y disparar la reacción en la que las moléculas de este elemento se unen formando helio y generando energía tal como lo hace nuestro sol.

La huella del big bang

En 1948 un estudio predijo que el universo entero tenía una radiación de microondas cósmica de fondo, misma que fue descubierta en 1965 por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson, quienes acabarían recibiendo el Premio Nobel de Física por su descubrimiento. Estas microondas presentes de modo uniforme en todo el universo son ni más ni menos que el “eco” o el calor restante producto de la colosal explosión llamada “Big Bang” en la que se originó nuestro universo, el tiempo y el espacio. No sólo demuestran que ocurrió, sino que pueden decirnos mucho sobre cómo ocurrió.