INTRODUCCION

Para todos nos resulta cmodo sentarnos frente a un televisor, coger su mando y encenderlo, cambiar de canal, entre otras operaciones; de igual forma que a un obrero de un taller le resultara familiar encender cualquier equipo o mquina herramienta, o quin, no ha tenido que grabar informacin en un disquete o en un disco duro de una computadora; sin embargo, qu lejos estamos de imaginarnos de cuntos cientficos e inventores han invertido infinidad de horas en investigaciones sobre una rama de la Fsica: que es el electromagnetismo, sobre los que se sustenta los principios de funcionamiento de determinados dispositivos elctricos y electrnicos que posibilitan las operaciones antes enunciadas.El objetivo del presente trabajo es analizar cmo fue evolucionado el desarrollo del electromagnetismo y su repercusin social hasta llegar a nuestros das.

OBJETIVOS

GENERAL Conocer los fundamentos de las ondas electromagnticas

ESPECIFICO Explicar la naturaleza fsica, el origen y la toma de propagacin de las ondas electromagntica. Describir las propiedades y los usos de diversas clases de ondas electromagnticas. Describir una onda mediante la longitud de onda y la frecuencia. Conocer las aplicaciones de la onda electromagnticas en nuestro medio.

MARCO TEORICO

ONDA ELECTROMAGNETICASEl campo elctrico y el campo magntico son las manifestaciones de las interacciones debidas a las cargas elctricas, en reposo o en movimiento. Ahora bien, en los temas anteriores has visto que los campos elctricos y magnticos existen simultneamente y, por tanto, en realidad lo que existe es un campo electromagntico.

El campo electromagntico es ms complejo que la suma de un campo elctrico y un campo magntico ya que no son independientes entre s y cada uno depende de las variaciones del otro.

El campo electromagntico es tal, que se propaga en el espacio aunque est vaco. Se propaga en forma de onda electromagntica a la velocidad de la luz. La propia luz es una onda electromagntica.

La importancia de las ondas electromagnticas radica en su amplio espectro, que permite multitud de aplicaciones, como en las telecomunicaciones, el estudio del Universo, la medicina o la industria.

En este tema conocers algo ms sobre la naturaleza de las ondas electromagnticas y su espectro.

MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES Todos estamos familiarizados con la idea de onda; as, cuando se deja caer una piedra a un estanque, la ondas de agua marchan radialmente hacia fuera, al tocar la guitarra vibran las cuerdas y las ondas sonoras se extienden en la proximidad del instrumento, cuando una emisora de radio est transmitiendo, las ondas electromagnticas se propagan a travs del aire o del vaco. Todos estos son ejemplos de movimiento ondulatorio y tienen en comn dos importantes propiedades: la energa se traslada a puntos distantes y la perturbacin marcha a travs del medio sin que ste en su totalidad sufra ningn desplazamiento permanente.

El movimiento ondulatorio consiste en la propagacin de una propiedad fsica o una perturbacin (variacin de alguna magnitud fsica) descrita por un cierto campo, a travs de un medio.

El campo que describe la propiedad fsica puede ser: Un campo electromagntico (caso de ondas electromagnticas). El desplazamiento transversal de una cuerda, la deformacin de un resorte, la presin de un gas, etc. (caso de ondas elsticas).

El medio que transmite las ondas puede ser el aire, una cuerda tensa, un lquido, etc. e, incluso el vaco (slo para el caso de ondas electromagnticas). Como la afirmacin de que lo que se propaga en el movimiento ondulatorio es una propiedad fsica o perturbacin es algo abstracta, conviene concretarla: En un movimiento ondulatorio se transmite o propaga una condicin dinmica, esto es, cantidad de movimiento y energa.

Cualquiera que sea la naturaleza del medio que transmite las ondas, ya sea el aire, una cuerda tensa, un cable elctrico o el vaco, todos los movimientos ondulatorios estan regidos por una cierta ecuacin diferencial, la ecuacin del movimiento ondulatorio. La parte matemtica del problema consiste meramente en resolver esta ecuacin con las adecuadas condiciones de contorno e interpretar despus la solucin apropiadamente.

ONDAS ELSTICAS Y ONDAS ELECTROMAGNTICAS Las ondas elsticas requieren un medio material como soporte a su transmisin. Tal sucede con las ondas sonoras, ondas en cuerdas, membranas, etc. En cambio, las ondas electromagnticas no requieren necesariamente un medio material para su propagacin.

Con la excepcin de las ondas superficiales en un lquido, la perturbacin (sea sta una deformacin, una presin o el desplazamiento de un volumen) se propaga con una velocidad que depende de las propiedades elsticas del medio. Estas ondas elsticas son tambin llamadas sonido. En el lenguaje vulgar el sonido est relacionado con la sensacin auditiva, i.e., vibraciones en la membrana auditiva provocadas por una onda elstica que se propaga a travs de un gas, un lquido o un slido. Sin embargo nuestro sistema nervioso slo es sensible a frecuencias comprendidas entre 16 Hz y 20 kHz. Fuera de estos lmites el sonido no es audible para los humanos, aunque a las ondas elsticas correspondientes se les sigue llamando sonido. La fsica de las ondas elsticas de frecuencia por encima de los 20 kHz se denomina ultrasnica. La ciencia que trata de los mtodos de generacin, propagacin y recepcin del sonido se llama acstica.

En ambos tipos de ondas elsticas y electromagnticas- son las Ecuaciones de Maxwell las que explican la transmisin a distancia de energa y cantidad de movimiento. Tanto las ondas elsticas como las electromagnticas satisfacen la Ecuacin de ondas y su estudio formal es idntico, aunque hay muchas diferencias en cuanto a velocidad de propagacin, fenmenos de dispersin, etc.

SNTESIS ELECTROMAGNTICA DE MAXWELL

El descubrimiento de Oersted relacion el campo magntico con las corrientes que lo crean. La ley de Faraday-Lenz muestra cmo una variacin del campo magntico genera campo elctrico. James C. Maxwell (1837-1879) intuy que si un campo magntico variable en el tiempo lleva asociado un campo elctrico inducido, un campo elctrico variable deba inducir un campo magntico. En una labor muy importante, sintetiz todas las leyes bsicas de la electricidad y el magnetismo en cuatro ecuaciones, que se conocen bajo el nombre de ecuaciones de Maxwell y en 1873 public Treatise on Electricity and Magnetism, donde estableci su teora electromagntica.

Entre otras aportaciones de su teora electromagntica, Maxwell seal que la oscilacin de una carga elctrica crea un campo elctrico variable y ste a su vez un campo magntico que varia al unsono. El campo electromagntico que se produce se radia al exterior, propagndose con velocidad constante. Este campo fsico podemos desdoblarlo en dos vectores, y , perpendiculares entre si y a su vez perpendiculares a la direccin de propagacin.

Como Maxwell no confirm experimentalmente su prediccin terica de la existencia de las ondas electromagnticas, esta teora no llam mucho la atencin de los cientficos hasta que Heinrich Hertz comprob en 1888 que realmente dichas ondas existen.

Naturaleza de las ondas electromagnticasMaxwell obtuvo una ecuacin de onda para el campo elctrico y otra para el campo magntico, por combinacin de las leyes anteriores, basadas en especulaciones puramente tericas. Como solucin de las ecuaciones de Maxwell se obtiene que el campo elctrico y el campo magntico se propagan en el vaco con movimiento ondulatorio a la velocidad de la luz.

Las ondas electromagnticas estn formadas por un campo elctrico y otro magntico variables que vibran en planos perpendiculares entre s y, a su vez, perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda.

La frecuencia angular es , con la frecuencia de la onda ; el nmero de onda es , con la longitud de onda; la relacin es la velocidad de propagacin de la onda electromagntica, :

Los valores del campo magntico y del campo elctrico estn relacionados por: ( c = velocidad de la luz)

Energa de las ondas electromagnticasEn una onda electromagntica, un campo magntico oscilante induce un campo elctrico oscilante, el cual a su vez induce un campo magntico oscilante y as sucesivamente. Esta perturbacin se propaga a la velocidad de la luz. Todas las ondas electromagnticas tienen la misma naturaleza y se propagan con la misma velocidad, pero cada clase se caracteriza por su longitud de onda() y su frecuencia().

Una de las caractersticas importantes de una onda electromagntica es que puede transportar energa de un punto a otro. En 1900, Max Planck afirm que la radiacin era emitida en forma de cuantos, paquetes de energa de frecuencia determinada, a los que Einstein llam fotones, y la energa de un cuanto (fotn) est dada por:

donde h es la constante de Planck, de valor h = 6,6310-34 Js, y la frecuencia de la radiacin. La energa total de una determinada radiacin es igual al nmero de fotones que contiene, N, por la energa de cada uno de ellos:

La potencia es igual al nmero de fotones por unidad de tiempo por la energa de uno de ellos:

y la intensidad al nmero de fotones por unidad de rea y de tiempo por la energa de uno de ellos:

Las ondas electromagnticas transportan tambin momento lineal. Es decir, es posible ejercer una presin sobre un objeto dirigiendo luz sobre l (presin de radiacin).

Produccin de ondas electromagnticasA finales del siglo XIX (1888), el fsico alemn R. Heinrich Hertz confirm experimentalmente las predicciones de Maxwell.El experimento de Hertz consisti en producir ondas electromagnticas en un circuito formado por dos esferas conectadas a una bobina de induccin. Al producir descargas o chispas elctricas oscilantes entre las esferas, se originan radiaciones electromagnticas, pues toda carga elctrica acelerada emite energa en forma de radiacin electromagntica.

Hertz dise un receptor o antena para detectar las ondas que deban producirse. Estaba constituido por un cable curvado con dos esferitas en sus extremos. Si las ondas electromagnticas llegaban al receptor se produca en l una corriente oscilante que haca saltar chispas entre sus esferitas.

Hertz movi el detector colocndolo en varias posiciones y distancias del transmisor y as calcul la longitud de onda de la radiacin. Con sus experimentos Hertz demostr que estas ondas eran de origen electromagntico y que su velocidad era la de la luz segn haba predicho aos antes Maxwell.

De las ecuaciones de Maxwell se deduce que, si una partcula cargada se mueve con aceleracin emite ondas electromagnticas. As, en el experimento de Hertz la chispa que salta de una esfera a la otra est constituida por electrones acelerados que emiten ondas electromagnticas.

Circuito oscilanteUn procedimiento para producir ondas electromagnticas de la frecuencia que necesitemos es utilizar un circuito oscilante que est formado por una bobina y un condensador. La frecuencia de oscilacin del circuito depende de las caractersticas de la bobina y del condensador. En el circuito se produce la transformacin de un campo elctrico entre las placas del condensador, en un campo magntico en el interior de la bobina. El proceso es el siguiente:

Inicialmente el condensador se encuentra cargado. Toda la energa est en el campo elctrico. Al cerrar el circuito, el condensador se empieza a descargar, en la bobina se produce una fem autoinducida que se opone al incremento de intensidad. sto provoca que la intensidad empiece a disminuir y en la bobina se produce una fem que se opone a que la intensidad disminuya. Esta fem hace que el condensador se cargue con un campo elctrico opuesto al anterior. El campo magntico desaparece y comienza la descarga siguiendo el proceso contrario al anterior.En este circuito oscilante la energa se transforma de elctrica en magntica y viceversa, pero queda almacenada en el circuito sin ser irradiada al exterior. La energa se irradia al exterior separando las armaduras del condensador, como se indica en la animacin. El campo elctrico deja de estar limitado al espacio entre las armaduras del condensador y tiende a ocupar todo el espacio. Al mismo tiempo, hace lo mismo el campo magntico oscilante creado por la bobina. Las ondas producidas tienen la frecuencia de oscilacin del circuito. Esta frecuencia slo depende de las caractersticas de la bobina y del condensador. En cada punto del espacio que rodea a la antena emisora existe un campo elctrico variable (azul) que crea a su alrededor un campo magntico variable (rojo), y este campo magntico variable origina un campo elctrico tambin variable, y as sucesivamente. As se propaga la onda electromagntica, generndose mutuamente los campos elctricos y magnticos al moverse juntos a la velocidad de la luz.

Espectro electromagnticoLas ondas electromagnticas se diferencian en su frecuencia y su longitud de onda. El conjunto de todas las ondas constituye el espectro electromagntico. El espectro electromagntico se divide en partes que reciben nombres diferentes, aunque no existe una separacin clara entre ellas.

TIPOS DE ONDAS ELECTROMAGNTICAS Rayos gamma Su longitud de onda () < 0.1, donde 1 es igual a 10-10 m. Se originan en las desintegraciones nucleares que emiten radiacin gamma. Son muy penetrantes y muy energticos. Rayos X Se producen por oscilaciones de los electrones prximos a los ncleos. 0.1 < < 30 Son muy energticos y penetrantes, dainos para los organismos vivos, pero se utilizan de forma controlada para los diagnsticos mdicos. Rayos UVA (Ultravioletas) Se producen por saltos electrnicos entre tomos y molculas excitados. 30 < < 4000 El Sol es emisor de rayos ultravioleta, que son los responsables del bronceado de la piel. La radiacin ultravioleta es absorbida por la capa de ozono, y, si se recibe en dosis muy grandes, puede ser peligrosa ya que impide la divisin celular, destruye microorganismos y produce quemaduras y pigmentacin de la piel. Luz visible Es la pequea parte del espectro electromagntico a la que es sensible el ojo humano. 400 nm < < 750 nmSe producen por saltos electrnicos entre niveles atmicos y moleculares. Los cables de fibra ptica permiten utilizar la luz visible para transmitir grandes volmenes de informacin a grandes distancias, sobre todo con el uso del lser (luz monocromtica y coherente). Radiacin infrarroja Es emitida por cuerpos calientes y son debidas a vibraciones de los tomos. 10-7 m < < 10-3 mLa fotografa infrarroja tiene grandes aplicaciones: en medicina (termografas), en la industria textil se utiliza para identificar colorantes, en la deteccin de falsificaciones de obras de arte, en telemandos, estudios de aislantes trmicos, cocina vitrocermica halgena, etc. Radiacin de microondas Son producidas por vibraciones de molculas. 0.1 mm < < 1 mSe utilizan en el radar, en radioastronoma, banda UHF de televisin, enlaces de telefona mvil y en hornos elctricos. Ondas de radio Son ondas electromagnticas producidas por el hombre mediante dispositivos electrnicos, sobre todo circuitos oscilantes, y se detectan mediante antenas. 1 cm < < 1 kmSe emplean en radiodifusin (sistemas de radio y televisin).

Espectro visibleLa parte del espectro electromagntico que el ojo humano es capaz de percibir se denomina espectro visible, luz visible o simplemente luz. La luz visible est compuesta por radiaciones de longitudes de onda comprendidas entre 400 y 700 nm (410-7 y 710-7 m). La sensibilidad del ojo humano depende de la longitud de onda y tiene un mximo en 550 nm. Algunas personas son capaces de percibir desde 380 hasta 780 nm.

APLICACIONES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS

Ondas RadioEl uso ms habitual de las ondas de radio con efecto teraputico se lleva a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencia superior a los 100 KHz. En la actualidad, las ondas de radio se emplean sobre todo en el tratamiento denominado onda corta. Aparte de su efecto trmico, la onda corta posee otros efectos como son el aumento de la circulacin (hiperemia), aumento leucocitario pasajero y accin analgsica y antiinflamatoria. Tienen efectos teraputicos que se llevan a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencias superiores a los 100KHz.

MicroondasLas ondas microondas tienen muchas aplicaciones. Una de ellas es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiacin electromagntica de muy alta frecuencia tiene mucha energa, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo.Las comunicaciones y el radar son otras dos aplicaciones de las microondas. Se basa en la radiacin electromagntica de muy alta frecuencia de energia

InfrarrojosLos rayos infrarrojos se utilizan comnmente en nuestra vida cotidiana: cuando encendemos el televisor y cambiamos de canal con nuestro mando a distancia; en el supermercado, nuestros productos se identifican con la lectura de los cdigos de barras; vemos y escuchamos los discos compactos... todo, gracias a los infrarrojos. Estas son slo algunas de las aplicaciones ms simples, ya que se utilizan tambin en sistemas de seguridad, estudios ocenicos, medicina, etc.

Luz visibleSe denomina espectro visible a la regin del espectro electromagntico que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiacin electromagntica en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay lmites exactos en el espectro visible; un tpico ojo humano responder a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm. Los ojos de muchas especies perciben longitudes de onda diferentes de las del espectro visible del ojo humano. Por ejemplo, muchos insectos, tales como las abejas pueden ver la luz ultravioleta que es til para encontrar el nctar en las flores. Por esta razn, los xitos reproductivos de las especies de plantas cuyos ciclos de vida estn vinculados con la polinizacin de los insectos, dependen de que produzcan emisin ultravioleta, ms bien que del colorido aparente a los ojos humanos.Rayos XLos rayos X se emplean sobre todo en los campos de la investigacin cientfica, la industria y la medicina. El estudio de los rayos X ha desempeado un papel primordial en la fsica terica, sobre todo en el desarrollo de la mecnica cuntica. Como herramienta de investigacin, los rayos X han permitido confirmar experimentalmente las teoras cristalogrficas. Utilizando mtodos de difraccin de rayos X es posible identificar las sustancias cristalinas y determinar su estructura. Existen adems otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificacin de gemas falsas o la deteccin de mercancas de contrabando en las aduanas; tambin se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultrablandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros. En la radioterapia se emplean rayos X para tratar determinadas enfermedades, en particular el cncer, exponiendo los tumores a la radiacin.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS.La principal ventaja de las ondas electromagnticas es que tienen muchas utilidades. Son utilizadas en el campo de la comunicacin, en medicina, la industria, sin embargo, tambin tienen algunos inconvenientes como los efectos perjudiciales de algunas de ellas sobre la salud. Los efectos sobre la salud de las ondas electromagnticas son muy variados en funcin de su frecuencia; es decir, de la energa que portan sus fotones. Abarcan desde los efectos nulos, para muy bajas frecuencias, hasta efectos gravsimos en el caso de los rayos gamma o de los rayos csmicos. Aparte de los efectos bioqumicos, las ondas electromagnticas, presentan claros aspectos biofsicos. En el rango de frecuencias que nos importa el efecto trmico es manifiesto y su influencia en la salud innegable. El efecto trmico es debido a que todo campo electromagntico variable, y una onda es eso, induce corrientes elctricas, y stas a su vez disipan energa, en mayor o menor cuanta dependiendo de los coeficientes de conductividad e induccin. La disipacin de energa contribuye evidentemente a la elevacin de la temperatura, que ser de forma local o general dependiendo que la irradiacin sea local o general.

CONCLUSIONES

Concluimos que las ondas electromagnticas pueden ser percibidas de acuerdo a su frecuencia, parecido a esto es lo que sucede con los colores, cuando la luz se refracta en un prisma no todos los colores son igual de intensos, todo depende como de la longitud de onda sta vez.

A manera de sntesis se pudo comprender la aplicacin y cmo actan en el medio externo las ondas electromagnticas como estas se reflejan en aparatos de uso domstico y en general en la sociedad como la televisin, los celulares, las ondas de radio y muchos ms que pueden hacer parte de nuestra vida cotidiana.

Las ondas electromagnticas se muestran sumamente favorables para la comunicacin. Son veloces, efectivas en el sentido que requieren de muy poca energa para enviarlas y recibirlas, y su conocimiento y dominio tiene que desarrollarse mucho antes que la tcnica de lanzamiento de naves espaciales.

La radiacin ultravioleta concluimos que es un tipo de radiacin electromagntica y sus efectos son variados, stos efectos puede que sean beneficiosos y perjudiciales dependiendo de la intensidad con que nos afecte esta radiacin. Dichos efectos perjudiciales son contrarrestados por la Capa de ozono.

Luz visible solo es una pequea parte del espectro electromagntico, por lo que la mayor parte de los objetos del universo no pueden observarse pticamente

Estamos rodeado de ondas que viajan y la mayora no las vemos, aunque ya sabemos que hay estn. Las antenas emiten y reciben estas seales, que primero se codifican y al recibirlas se descodifican para recibir la informacin que transmitimos.

BIBLIOGRAFIA

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Agustn Borrego Colomer. CAMPO ELCTRICO. Consultado el 14 de febrero de 2008.

INTRODUCCIN AL ELECTROMAGNETISMO. Consultado el 15 de febrero de 2008.

INDICEContenidoINTRODUCCION1OBJETIVOS2MARCO TEORICO3ONDA ELECTROMAGNETICAS3MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES3ONDAS ELSTICAS Y ONDAS ELECTROMAGNTICAS4SNTESIS ELECTROMAGNTICA DE MAXWELL5Naturaleza de las ondas electromagnticas5Energa de las ondas electromagnticas6Produccin de ondas electromagnticas7Circuito oscilante8Espectro electromagntico9TIPOS DE ONDAS ELECTROMAGNTICAS9Rayos gamma9Rayos X9Rayos UVA (Ultravioletas)10Luz visible10Radiacin infrarroja10Radiacin de microondas10Ondas de radio10Espectro visible11APLICACIONES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS11Ondas Radio11Microondas11Infrarrojos12Rayos X12VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNTICAS.13CONCLUSIONES14BIBLIOGRAFIA15

Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Mecnica ElctricaTerica Electromagntica 1

APLICACIONES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS EN NUESTRO MEDIO

Mynor Daniel Garca Jacobs201230452

Guatemala, jueves 11 de junio de 201517