Generación De Una Onda Electromagnética

Generación de una onda electromagnética

Una carga eléctrica en reposo crea un patrón de líneas de campo eléctrico. Una carga en movimiento a velocidad constante genera un patrón de líneas de un campo magnético, además de las líneas del campo eléctrico. Una vez que se haya alcanzado una condición estacionaria (esto es, después de que la carga está en movimiento y se han creado los campos en el espacio), existe una densidad de energía en el espacio asociada con los campos eléctrico y magnético, pero la densidad de energía permanece constante en el tiempo. No se transporta ninguna señal, tan sólo la prueba de su presencia, de la carga a puntos distantes; existe un transporte de energía o de cantidad de movimiento y tampoco radiación electromagnética.

Si, por otra parte, moviéramos rápidamente la carga de un lado a otro, podríamos enviar señales a una persona distante que tuviera el equipo necesario para detectar cambios en los campos eléctrico y magnético. Con un código preconcertado, usted podría enviar información al menear rápidamente la carga a determinada velocidad o en cierta dirección. En este caso, usted estaría emitiendo señales por medio de una onda electromagnética. Para producir esta onda es necesario acelerar la carga. Esto es, las cargas estáticas y las cargas en movimiento a velocidad constante no se radian; se radian las cargas aceleradas. Dicho de otro modo, el movimiento uniforme de la carga es una corriente que no cambia con el tiempo, y el movimiento acelerado de la carga es, por consiguiente, una corriente que varía con el tiempo; entonces, podemos considerar igualmente a la radiación como si fuese producida por corrientes variables con el tiempo.

En el laboratorio, una manera conveniente de generar una onda electromagnética es hacer que las corrientes en los conductores varíen con el tiempo. Para simplificar, suponemos una variación senoidal del tiempo. La figura 6 muestra un circuito que puede emplearse con este propósito. Consta de un circuito RLC oscilatorio, con una fuente externa que restituye la energía que se disipa en el circuito o se escapa como radiación. La corriente en el circuito varía senoidalmente con la frecuencia circular resonante w, la cual es, aproximadamente, cuando la carga resistiva es pequeña (véase capítulo 12). El oscilador se acopla con un transformador a una línea de transmisión, la cual sirve para conducir la corriente a una antena. (Los cables coaxiales que conducen señales de TV a muchos hogares son ejemplos comunes de líneas de transmisión.)

La geometría de la antena determina las propiedades geométricas de los campos eléctricos y magnéticos radiados. Suponemos una antena de dipolo, la cual, como lo muestra la figura 6, puede considerarse simplemente co-mo dos conductores rectos. En estos dos conductores fluyen cargas que oscilan a la frecuencia w, excitadas por el oscilador. Podemos ver a la antena como un dipolo eléctrico oscilatorio, en donde una rama conduce una carga instantánea q, y la otra rama conduce -q. La carga q varía senoidalmente con el tiempo y cambia de signo en cada semiciclo. Las cargas se aceleran ciertamente al mo-verse de un lado al otro en la antena, y como resultado la antena es una fuente de radiación dipolar eléctrica. En cualquier punto en el espacio existen campos eléctricos y magnéticos que varían senoidalmente con el tiempo.*

* La mayoría de las radiaciones que encontramos, desde las ondas de radio hasta la de la luz, los rayos X y los rayos gamma, son del tipo dipolar. Las antenas de radio y TV se diseñan generalmente para transmitir una radiación dipolar. Los átomos y núcleos individuales pueden considerarse a menudo como dipolos oscilatorios desde el punto de vista de la radiación emisora.

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La figura 7 muestra una serie de "instantáneas" que dan una representación esquemática de cómo se forma el campo de radiación. Se muestra únicamente el campo eléctrico; el campo magnético correspondiente puede inferirse a partir de la corriente en los conductores, usando la regla de la mano derecha. La figura 8 da una imagen más completa de la onda electromagnética que podría generarse por la antena. La figura es un corte a través del plano xy; para obtener un cuadro más completo del campo, debemos imaginar que la figura gira alrededor del eje y. Suponemos que observamos el campo a distancias del dipolo grandes comparadas con sus dimensiones y con la longitud de onda de la radiación; el campo observado en estas condiciones se llama campo de radiación. A distancias más pequeñas, observaríamos el campo vecino más complicado, el cual no se verá aquí. Nótese que el campo "se desprende" de la antena y forma anillos cerrados, en contraste con el campo estático de un dipolo eléctrico, donde las líneas de campo comienzan siempre en cargas positivas y terminan en cargas negativas.

En la figura 9 se ofrece una visión alternativa del campo de radiación; esta figura representa una serie de "instantáneas" de los campos eléctrico y magnético que pasan barriendo a un observador ubicado en el punto P sobre eje x de la figura 8. Suponemos que el observador está ubicado tan lejos del dipolo que los frentes de onda pueden considerarse como planos. Como es siempre el caso, la densidad de las líneas de campo indica la intensidad campo. Nótese especialmente que (1) E y B están en fase (ambos alcanzan sus máximos en el mismo instante, ambos son cero en el mismo instante), y (2) E y B son perpendiculares entre sí. Estas conclusiones se deducen de un análisis de las ondas electromagnéticas que viajan en el vacío usando las ecuaciones de Maxwell, las cuales se tratan más adelante.

Una característica más de esta radiación, es que está polarizada linealmente; es decir, el vector E apunta e todas partes a lo largo de la misma línea, en este caso en la dirección y. Esto sigue siendo así en todos los puntos sobre el eje x y en todo momento. Esta dirección de la polarización está determinada por la dirección del eje del dipolo. La luz emitida por un conjunto desordenado de átomos: como el filamento de un foco eléctrico ordinario, no está polarizada; en efecto, los dipolos atómicos individuales están orientados al azar en el espacio. En un láser, los átomos se estimulan para que emitan radiación con sus ejes dipolares alineados; por lo tanto, la luz láser está polarizada.

http://www.monografias.com/trabajos14/electromg/electromg2.shtml#ONDAS

• ESPECTRO DE FRECUENCIAS El espectro de frecuencias es el nombre que recibe una pequeña parte del espectro electro magnético, es decir, el conjunto de radiaciones

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