Campos Electromagneticos

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo colaborativo número tres pretende que el estudiante investigue, comprenda, asimile e identifique las teorías, principios y aplicaciones de las ondas electromagnéticas, explorando las aplicaciones teóricas relacionadas con las ondas.

Así como también que cada uno de los integrantes del grupo colaborativo consulto y desarrollo la inducción electromagnética mediante ejercicios complementarios prácticos que son expuestos a continuación.

Con el trabajo colaborativo tres finaliza el curso de campos electromagnéticos y sus tres unidades teóricas.

CONTENIDO

Actividad:

1. Dentro del contenido de la Unidad 3, reconocer los principios teóricos de las siguientes temáticas:

a. Ondas electromagnéticas.

El espectro electromagnético (EM) abarca todos los rangos posibles de frecuencias EM. Las ondas EM están formadas por fotones que viajan por el espacio hasta que interaccionan con materia, en ese momento algunas ondas son absorbidas y otras son reflejadas, y aunque las ondas EM se clasifican de 7 formas distintas, en realidad son todas manifestaciones del mismo fenómeno. El tipo de onda EM emitida por un objeto depende de la temperatura del mismo.

Ondas de radio

Microondas

Ondas infrarrojas

Luz visible

Ondas ultravioletas

Rayos X

Rayos gamma

Todas las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, pero difieren unas de otras en el valor de su frecuencia y, por tanto, en el valor de su longitud de onda. Las longitudes de onda varían desde valores muy inferiores al milímetro hasta muy superiores al kilómetro, cubriendo una amplia gama de valores que se denomina espectro electromagnético.

Las radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas eléctricas y magnéticas moviéndose a la vez (oscilando). Cada partícula genera lo que se llama un campo, por eso también se dice que es una mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético.

Estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e incluso por el vacío. Imaginemos que movemos de forma oscilatoria (de arriba a abajo) una partícula cargada eléctricamente (o magnéticamente) como la de la figura:

Como vemos se crea una perturbación a su alrededor, que es lo que llamamos una onda. Esta onda depende de la velocidad con la que movamos la partícula (y fuerza), y de la amplitud o distancia entre el inicio y el final del recorrido.

Cambiando estos valores podemos cambiar el tamaño de la onda. La onda generada tendrá la misma forma pero más grande y/o con más ondulaciones por segundo.

Si la partícula tiene un componente eléctrico, pero también uno magnético se genera una radiación electromagnética, con su onda electromagnética. Vamos analizar la onda generada. Para medir una onda hay 3 datos muy importantes como se muestran en la siguiente figura:

Longitud de Onda: Distancia entre dos crestas.

Amplitud : Es la máxima perturbación de la onda. La mitad de la distancia entre la cresta y el valle.

Frecuencia: Número de veces que se repite la onda por unidad de tiempo. Si se usa el Hertzio es el número de veces que se repite la onda por cada segundo.

Además hay otros dos datos:

Periodo: 1/frecuencia. Es la inversa de la frecuencia.

Velocidad: la velocidad de la onda depende del medio por el que se propague (por donde viaje). si la onda viaja por el vació su velocidad es igual a la de la luz 300.000Km/segundo. Si se propaga por el aire cambia, pero es prácticamente igual a la del vació.

Una onda electromagnética no se genera por una sola partícula, sino que son dos partículas diferentes, una eléctrica y otra magnética. Además su movimiento es perpendicular, lo que hace la onda sea una mezcla de dos ondas perpendiculares, una eléctrica y otra magnética. En la figura las dos ondas generadas por las dos partículas a la vez. Una moviéndose sobre el eje Z y la otra sobre el eje Y:

b. Polarización en ondas electromagnéticas.

La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

La Polarización Electromagnética no es más que un fenómeno el cual se produce en las ondas electromagnéticas, como ejemplo las de luz, y poseen las características de que el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denotando como tal el plano de polarización.

Como aplicaciones a éstas Polarizaciones Electromagnéticas encontramos que Todas las antenas transmisoras y receptoras de radiofrecuencia usan esta aplicación, especialmente en las ondas de radar. La mayoría de las antenas irradian ondas polarizadas, ya sea con polarización horizontal, vertical o circular

Existen tres clases de polarización para las ondas electromagnéticas:

Lineal

Circular

Elíptica

La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.

En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.

Polarización de Ondas Planas

Un ejemplo sencillo para visualizar la polarización es el de una onda plana, que es una buena aproximación de la mayoría de las ondas luminosas.

En un punto determinado la onda del campo eléctrico puede tener dos componentes vectoriales perpendiculares (transversales) a la dirección de propagación. Las dos componentes vectoriales transversales varían su amplitud con el tiempo, y la suma de ambas va trazando una figura geométrica. Si dicha figura es una recta, la polarización se denomina lineal; si es un círculo, la polarización es circular; y si es una elipse, la polarización es elíptica.

Si la onda electromagnética es una onda armónica simple, como en el caso de una luz monocromática, en que la amplitud del vector de campo eléctrico varía de manera sinusoidal, los dos componentes tienen exactamente la misma frecuencia. Sin embargo, estos componentes tienen otras dos características de definición que pueden ser diferentes. Primero, los dos componentes pueden no tener la misma amplitud. Segundo, los dos componentes pueden no tener la misma fase, es decir, pueden no alcanzar sus máximos y mínimos al mismo tiempo.

Tipos de Polarización

La forma trazada sobre un plano fijo por un vector de campo eléctrico de una onda plana que pasa sobre él es una curva de Lissajous y puede utilizarse para describir el tipo de polarización de la onda. Las siguientes figuras muestran algunos ejemplos de la variación del vector de campo eléctrico (azul) con el tiempo (el eje vertical), con sus componentes X e Y (roja/izquierda y verde/derecha), y la trayectoria trazada por la punta del vector en el plano (púrpura). Cada uno de los tres ejemplos corresponde a un tipo de polarización.

En la figura de la izquierda, la polarización es lineal y la oscilación del plano perpendicular a la dirección de propagación se produce a lo largo de una línea recta. Se puede representar cada oscilación descomponiéndola en dos ejes X e Y. La polarización lineal se produce cuando ambas componentes están en fase (con un ángulo de desfase nulo, cuando ambas componentes alcanzan sus máximos y mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un ángulo de desfase de 180º, cuando cada una de las componentes alcanza sus máximos a la vez que la otra alcanza sus mínimos). La relación entre las amplitudes de ambas componentes determina la dirección de la oscilación, que es la dirección de la polarización lineal.

En la figura central, las dos componentes ortogonales tienen exactamente la misma amplitud y están desfasadas exactamente 90º. En este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su amplitud máxima o mínima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90º adelantada o retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o antihorario) en el que gira el campo eléctrico depende de cuál de estas dos relaciones se dé. En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la punta

...