Estudio Ondas Electromagnéticas

INTRODUCCION

El presente trabajo consiste, por una parte, en hacer una rápida descripción de la evolución histórica y del desarrollo de los conceptos de la electricidad y el magnetismo, y sus leyes asociadas, que se construyeron alrededor de los fenómenos experimentales eléctricos y magnéticos hasta Maxwell, y de cómo con este último, y sus ecuaciones, se logra construir una teoría unificada que relaciona ambos fenómenos, aparentemente distintos e independientes, en lo que conocemos hoy como teoría electromagnética.

Por otra parte, y de acuerdo con lo anterior, se evidenciará como la teoría física del electromagnetismo cumple con las condiciones básicas de la estructura de una teoría física; es, por consiguiente, una teoría de clasificación natural y es una teoría representativa, a la manera de Duhem. Adicionalmente, permite inferir como la matematización es un instrumento que permite lograr las predicciones que se plantean a partir de las leyes físicas enunciadas, tanto en su representación

integral como en su representación diferencial, y que fueron varios años después de enunciadas, gracias a los trabajos experimentales de Hertz.

De esta manera, se muestra también como una teoría imbuída en el espíritu inglés, cumple con los postulados de Duhem, en su concepción derepresentación de las leyes físicas y como clasificación natural , en su matematización y en su relación con los experimentos físicos, y da origen a desarrollos científico-tecnológicos posteriores, para lo cual dicha teoría física, fundamentada en sus ecuaciones, permitió recoger los avances experimentales previos y conducirlos a las aplicaciones prácticas, que se pudieron constatar hacia finales del siglo 19 y principios del 20 con todo lujo de detalles.

Se trata, pues, de un ensayo que ilustra, con el excelente ejemplo de la teoría electromagnética de Maxwell, la manera como Duhem concibió el objeto y la estructura de la teoría física.

CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS ELETROMAGNETICAS

1) Las ondas electromagnéticas son siempre transversales y se producen debido a cargas electricas aceleradas.

2) Siempre se propagan a la velocidad de la luz

3) Pueden propagarse incluso en el vacio (lo cual NO ocurre con las ondas sonoras, que no lo pueden atravesar)

4) Vibran el campo eléctrico y el magnético perpendicularmente entre

5) Las ondas electromagnéticas transportan energía.LA VARIACIÓN DEL FLUJO DE ENERGÍA QUE ATRAVIESA LA UNIDAD DE SUPERFICIE DE UN ÁREA PERPENDICULAR al flujo, queda descrito

por el célebre Vector de POYNTING:

S =1/n0(E x B)

donde E representa el vector campo electrico asociado a la onda electromagnética y B el vector campo magnético asociado a la componente perpendicular al anterior de la onda electromagnética

En cuanto a n0 es la permeabilidad magnética del vacío.

6) Las ondas electromagnéticas transportan momento lineal y por ello tiene sentido hablar del a "presión de la radiacción sobre una superficie, la cual viene dada por la sencilla expresión: P= S/c

(en la cual c es la velocidad de la luz ; y S es el módulo del vector de Poynting)

7) Este tipo de ondas también se reflejan, refractan y presentan fenómenos de difracción (similar a las de la luz)

8) El espectro electromagnético incluye una gama muy amplia de frecuencias y longitudes de onda todas ellas relacionadas`por la expresión: c = L* F donde:L= longitud de onda;

F= frecuencia de la onda; c es la velocidad de la luz

ONDAS DE RADIO

Nuestra sociedad contemporánea vive inmersa en la tecnología, de tal modo que no nos sorprende en absoluto el milagro de la televisión, los teléfonos celulares o las comunicaciones por satélite. Pero, en sus primeras aplicaciones las ondas de radio fueron una auténtica revolución, algo que para los profanos de la ciencia se identificaba más con un hecho sobrenatural que con un descubrimiento científico.

Guglielmo Marconi fue el primero en dar aplicación práctica a las ondas de radio, un fenómeno electromagnético que fuera estudiado anteriormente por

el físico alemán Heinrich Hertz, de ahí que hoy en día se les denomine “ondas herzianas”.

Para entender qué es una onda herziana, tendríamos que comenzar por explicar cómo se mueven los electrones en un conductor y cuáles son sus efectos sobre él. En el Blog de Natureduca, puedes leer el artículo “Qué es la electricidad“, donde se describe la electricidad básica con términos asequibles a los menos entendidos. A partir de ahí, intentaré explicar el fenómeno herziano.

Cuando los electrones circulan a través de un conductor producen a su alrededor un campo magnético. En la corriente alterna que utilizamos en nuestros hogares, esos electrones “alternan” su sentido 50 veces por segundo, es decir, primero circulan por el conductor en un sentido y después regresan en sentido contrario, así hasta completar 50 ciclos de ida y vuelta. La “frecuencia”, un término que seguramente utilizaremos muy a menudo en lo sucesivo, es precisamente el número de ciclos de ida y vuelta que se desarrollan en un segundo.

Cuando la electricidad se mueve por los conductores de nuestra instalación eléctrica, se está comportando como una emisora de radio muy rudimentaria, emitiendo en la frecuencia de 50 ciclos por segundo (50 cps). De hecho, si sintonizamos un receptor de radio en la banda de onda media, y lo acercamos a algún electrodoméstico, especialmente allí donde contenga bobinados, como un transformador o un motor, observaremos que al mover el dial aparece en alguno de sus puntos un armónico en forma de

zumbido o ruido de sierra, producido por las ondas electromagnéticas que emiten los cables. Este zumbido es captado en ocasiones de forma indeseada por los receptores de radio, televisión y otros aparatos, como los ordenadores, de ahí que la mayoría de estos equipos se fabriquen con filtros de red (a veces integrados en el propio cable), con objeto de que estas ondas no interfieran en su funcionamiento. Pero, la frecuencia de 50 cps no es apta para ser utilizada en la radiodifusión. Es tan baja, que aunque su señal sólo alcanzara unos pocos metros de distancia, los equipos emisores serían inmensamente grandes,

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