Las simulaciones

Introducción

Las simulaciones son una valiosa herramienta en el entendimiento de los comportamientos físicos que ocurren en nuestro alrededor, y que en la enseñanza de los principios que los gobiernan, nos permiten entender, por medio de un modelo, las leyes que interfieren en el proceso del fenómeno.

Easy Java Systems, nos permite el modelado, Simulación e Interpretación de un fenómeno eléctrico, en esta práctica, un fenómeno de onda electromagnética, y como es una herramienta que trabaja con valores y fórmulas, nos permite un acercamiento al microscópico mundo que ocurre en estos fenómenos.

Marco Teórico

James Clerk Maxwell demostró que con cuatro ecuaciones fundamentales se pueden describir todos los fenómenos electromagnéticos observados. Usó esas ecuaciones para pronosticar la existencia de las ondas electromagnéticas. En honor a sus aportaciones, al conjunto de ecuaciones se le llaman Ecuaciones de Maxwell, aún cuando la mayor parte de las ecuaciones, las habían deducido otros científicos, por decir un ejemplo, la Ley de Faraday de la Inducción.

En esencia, las Ecuaciones de Maxwell se combinan el campo eléctrico y el campo magnético para formar un solo campo electromagnético. Los campos que aparentemente están separados se relacionan en forma simétrica de tal modo que cuales quiera de ellos puede crear al otro, bajo condiciones adecuadas. Esta simetría es evidente en las ecuaciones, tal como se presenta en su forma matemática más avanzada, Para nosotros, basta con una descripción cualitativa:

Un campo magnético variable en el tiempo produce un campo eléctrico

variable en el tiempo.

Un campo eléctrico variable en el tiempo produce un campo magnético

variable en el tiempo.

El primer enunciado no es más que la observación que un flujo magnético que cambia origina una fem y una corriente inducidas, en un conductor. La segunda afirmación es básica para comprender las características de auto propagación de las ondas electromagnéticas. Juntos, los dos fenómenos permiten que esas ondas se propaguen por el vacío, mientras que todas las demás, requieren un medio que las soporte.

Según las teorías de Maxwell, al acelerar las cargas eléctricas, como un electrón en oscilación, se producen ondas electromagnéticas. El electrón en cuestión podría ser uno de los muchos electrones libres, de la antena metálica de un radiotransmisor, impulsados por un oscilador(voltaje) eléctrico a una frecuencia de 106 Hz (1mHz). Al oscilar cada electrón se acelera y desacelera en forma continua por lo que irradia una onda electromagnética.

Desarrollo y datos

1. Descarguen la simulación ejs_ondasmagneticasf.jar que se encuentra en el aula virtual.

2. Obtengan la ecuación de onda de las ecuaciones de maxwell

E = Ey cos(kx-ωt) j + Ez cos(kx-ωt+δ) k

B = Bz cos(kx-ωt) k - By cos(kx-ωt+δ) j = (c×E)/c2

donde c = c i, Bz = Ey/c y By = Ez/c.

3. Describan la forma de obtener el valor de la velocidad de la luz en el vacío.

Cuando Maxwell reunió todos los conocimientos sobre los fenómenos eléctricos y magnéticos, formuló y/o modificó sus 4 ecuaciones que describen la interoperatividad entre los fenómenos mencionados, sin embargo dichas ecuaciones también predecían la existencia de ondas electromagnéticas y su velocidad. Cuando se descubrió que dichas ondas electromagnéticas poseían la misma velocidad, que hasta aquel entonces coincidían con los valores experimentales que años atrás, habían hecho otros científicos, fue como se dedujo que la luz no era otra cosa más que una onda electromagnética, que a diferencia de todas, tenía una longitud de onda visible para nosotros.

Tenemos pues que el valor de la velocidad es

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