¿Cómo puede penetrar el wifi a través de las paredes si la luz visible no puede?

Question

Busqué la pregunta en el S.E. de Física considerando que ya habría sido preguntada anteriormente. Encontré esto ¿Cómo es que las señales de Wifi pueden atravesar las paredes, y los cuerpos, pero las microondas de la cocina sólo penetran unos centímetros a través de superficies absorbentes? Pero en esta pregunta , las respuestas son en relación o en comparación con las microondas , su absorción y algunas otras cosas. No he encontrado una especie de respuesta general que pueda ser la respuesta a la pregunta.

Así que la pregunta es - el wifi o las ondas de radio nos llegan a través de los muros de hormigón . También nos llegan a través del techo (si alguien lo está usando en el piso de arriba). Incluso a través del aire viajan mucho, doblando las esquinas o las puertas. Ahora no las compararía con las microondas (porque no quiero la respuesta en términos de propiedades del material sino de la física). La luz visible que es mucho más potente que ellas no puede penetrar el papel negro opaco y mucho menos las paredes. Lo mismo ocurre con los rayos gamma (penetración a través de una pared muy gruesa).

Entonces, ¿por qué las ondas de radio, siendo tan poco potentes que las ondas de luz, son capaces de atravesar las paredes?

Debería haber un concepto general de por qué las ondas de radio son capaces de atravesar las paredes pero las microondas o las ondas de luz no. Una cuestión relacionada es también que el sonido viaja mucho más rápido en los sólidos (paredes) pero no es audible en ellos aunque sí en el aire.

Después de leer la respuesta de @BillN, sería muy útil que alguien podría explicarlo en términos de resonancia molecular o estructura cristalina o conductividad eléctrica o cómo causa esto la resonancia molecular o la estructura cristalina o la conductividad eléctrica.

Answer 1

Diferentes moléculas y diferentes estructuras cristalinas tienen propiedades de absorción/reflexión/transmisión que dependen de la frecuencia. En general, la luz en el rango visible humano puede viajar con poca absorción a través del vidrio, pero no a través del ladrillo. La luz ultravioleta puede atravesar bien el plástico, pero no el vidrio con base de silicato. Las ondas de radio pueden atravesar el ladrillo y el cristal, pero no una caja metálica. Cada una de estas diferencias tiene una respuesta ligeramente diferente, pero cada una de ellas se basa en la resonancia molecular o la estructura cristalina (o la falta de ella) o la conductividad eléctrica.

El resultado final: No hay una respuesta general a por qué $\lambda_A$ pasa por el material X pero $\lambda_B$ no lo hace.

Answer 2

La forma en que la luz, las ondas de radio o las microondas interactúan con la materia es mediante la interacción electromagnética con las partículas cargadas microscópicas. Con estas cargas pueden producirse diferentes tipos de excitación en función de la energía de los fotones que constituyen la radiación. Al aumentar la energía, la radiación puede provocar rotaciones moleculares, vibraciones moleculares, polarización electrónica, excitación electrónica, ionización, excitación atómica, etc.

El wifi opera en la frecuencia de microondas y esto sólo puede generar rotaciones o tal vez vibraciones a las moléculas. En el proceso de penetrar en el material e interactuar con las moléculas, las microondas pierden energía a través del calor. Sin embargo, en general estas pérdidas son pequeñas y la microonda puede penetrar una gran distancia en el material.

Por otro lado, la luz interactúa con la materia mediante la excitación electrónica o la polarización electrónica. Existe una teoría bastante general que describe los electrones en los sólidos llamada teoría de bandas . Según ella, los electrones tienen niveles de energía distribuidos a lo largo de bandas de energía con un rango de unos pocos electronvoltios. Además, estas bandas están separadas por "niveles prohibidos" denominados band gaps. En el caso de los conductores, la última banda (banda de valencia) sólo se llena parcialmente, mientras que en los aislantes se llena por completo. Este hecho es crucial para la eléctrico y las propiedades ópticas del material.

Dada la frecuencia $\nu$ del fotón, su energía se puede calcular a partir de $$E=h\nu.$$ En particular, los fotones que componen la luz visible tienen energías aproximadamente entre $1.8\, \mathrm{eV}$ (luz roja) a $3.1\, \mathrm{eV}$ (luz violeta). Si se incide la luz en un material con un band gap inferior a $1.8\, \mathrm{eV}$ entonces cada fotón es capaz de excitar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Los electrones emiten entonces este fotón y el efecto global es que el material es opaco. Por otro lado, si el material tiene una brecha de banda mayor que $3.1\, \mathrm{eV}$ ningún fotón (en el visible) puede ser absorbido. El material es entonces transparente a la luz, como un vidrio. También hay absorción de luz en el material transparente a través de la polarización electrónica, por lo que un vidrio muy grueso transmite menos luz.

Si se sigue aumentando la energía del fotón, digamos que hasta el régimen ultravioleta, entonces incluso para el vidrio habrá transiciones banda de valencia-banda de conducción y el vidrio es tan opaco al UV como la madera a la luz visible.