EVIDENCIA DE APRENDIZAJE UNIDAD 3

EVIDENCIA DE APRENDIZAJE UNIDAD 3LEYES DE MAXWELL Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

En equipo, retomen los resultadosde las prcticas que realizaron para integrar el reporte: Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrnicos.Este segundo reporte debe responder a los siguientes criterios: Dispositivo para el envo de seales electromagnticas. Descripcin del tipo de antena que servir para recibir y transmitir seales electromagnticas. Dispositivo para recopilar informacin sobre el tipo de partculas que llegan al satlite. Dispositivo para almacenar energa elctrica. Elaboraun mapa mental de la implementacin del proyecto en lo que se refiere a las leyes de Maxwell.

LEYES DE JAMES CLERK MAXWELLJames Clerk Maxwell (Edimburgo, Escocia; 13 de junio de 1831Cambridge, Inglaterra; 5 de noviembre de 1879) fue un fsico britnico conocido principalmente por haber desarrollado la teora electromagntica clsica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre ptica, en una teora consistente.1 Las ecuaciones de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones del mismo fenmeno: el campo electromagntico. Desde ese momento, todas las otras leyes y ecuaciones clsicas de estas disciplinas se convirtieron en casos simplificados de las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo sobre electromagnetismo ha sido llamado la "segunda gran unificacin en fsica",2 despus de la primera llevada a cabo por Isaac Newton. Adems se le conoce por la estadstica de Maxwell-Boltzmann en la teora cintica de gases.Maxwell fue una de las mentes matemticas ms preclaras de su tiempo, y muchos fsicos lo consideran el cientfico del siglo XIX que ms influencia tuvo sobre la fsica del siglo XX habiendo hecho contribuciones fundamentales en la comprensin de la naturaleza. Muchos consideran que sus contribuciones a la ciencia son de la misma magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein.3 En 1931, con motivo de la conmemoracin del centenario de su nacimiento, Albert Einstein describi el trabajo de Maxwell como el ms profundo y provechoso que la fsica ha experimentado desde los tiempos de Newton.Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenmenos electromagnticos. La gran contribucin de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos aos de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos elctricos y magnticos en un solo concepto: el campo electromagntico.

Las ecuaciones de Maxwell como ahora las conocemos son las cuatro citadas anteriormente y a manera de resumen se pueden encontrar en la siguiente tablaNombreFormadiferencialFormaintegral

Ley de Gauss:

Ley de Gauss para el campo magntico:

Ley de Faraday:

Ley de Ampre generalizada:

Estas cuatro ecuaciones junto con lafuerza de Lorentzson las que explican cualquier tipo de fenmeno electromagntico. Una fortaleza de las ecuaciones de Maxwell es que permanecen invariantes en cualquier sistema de unidades, salvo de pequeas excepciones, y que son compatibles con larelatividad especialygeneral. Adems Maxwell descubri que la cantidadera simplemente lavelocidad de la luzen el vaco, por lo que la luz es una forma deradiacin electromagntica. Los valores aceptados actualmente para la velocidad de la luz, la permitividad y la permeabilidad magntica se resumen en la siguiente tabla:SmboloNombreValor numricoUnidad de medida SITipo

Velocidad de la luz en el vacometros por segundodefinido

Permitividadfaradiospor metroderivado

Permeabilidad magnticahenriospor metrodefinido

Los parmetros que intervienen en la formulacin de las ecuaciones de Maxwell son los siguientes: - Campo elctrico existente en el espacio, creado por las cargas. - Campo dielctrico que resume los efectos elctricos de la materia. - Campo magntico existente en el espacio, creado por las corrientes. - Campo magntico que resume los efectos magnticos de la materia. - Densidad de cargas existentes en el espacio. - Densidad de corriente, mide el flujo de cargas por unidad de tiempo y superfcie y es igual a. - Permitividad elctrica, caracterstica de los materiales dielctricos. - Permeabilidad magntica, caracterstica de los materiales paramagnticos.Dispositivo para el envo de seales electromagnticas.La radiacin electromagntica es una combinacin de campos elctricos y magnticos, que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro. La forma de transporta esta energa es mediante ondas (ondas electromagnticas).Una onda electromagntica es la forma de propagacin (transmisin) de la radiacin electromagntica a travs del espacio.

De una forma simple podemos decir que podemos crear una onda elctrica moviendo una partcula elctrica con una fuerza hacia arriba y hacia abajo. Si la partcula es magntica crearemos una onda magntica, y se movemos las dos obtenemos una onda electromagntica

En el mundo actual, el trmino Telecomunicacin define un conjunto de medios de Comunicacin a distancia o transmisin de palabras, sonidos, imgenes o datos en forma de Impulsos o seales electrnicas o electromagnticas. Un papel importante en las Telecomunicaciones lo juegan los satlites artificiales. Debemos definir al satlite de comunicaciones como un repetidor radioelctrico ubicado en el espacio, que recibe seales generadas en la tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra. Es decir es un centro de comunicaciones que procesa datos recibidos desde nuestro planeta y los enva de regreso, bien al punto que envi la seal, bien a otro distinto. Los satlites pueden manipular datos, complementndolos con informacin del espacio exterior o pueden servir slo como un espejo que rebota la seal. Muchos funcionan a partir de celdas solares, que alimentan sus centros de energa al convertir los rayos solares en energa elctrica (las enormes aspas de molino que los caracterizaron durante aos). No obstante, dicha tecnologa va siendo sustituida por turbogeneradores que producen energa a partir del calor solar y de las reacciones nucleares, que son ms pequeos y livianos que las celdas. Actualmente se desarrolla el uso de radioistopos como fuentes de poder, pero todava estn en periodo de prueba.La velocidad con que un satlite gira alrededor de la tierra est dada por la distancia entre ambos, ya que el mismo se ubicar en aquellos puntos en los que la fuerza de gravedad se equilibre con las de fuerza centrifuga; cuanto mayor es esa distancia, menor es la velocidad que necesita el mismo para mantenerse en rbita.Es importante sealar que todo aparato debe quedar por encima de las cien millas de altitud respecto a la superficie de la Tierra, para que no sean derrumbados por la fuerza de gravedad terrestre. Los satlites ubicados en promedio a 321.80 kilmetros de altitud se consideran de rbita baja; y de rbita alta los que alcanzan distancias hasta de 35, 880 kilmetros sobre la superficie.Los satlites son controlados desde estaciones terrestres que reciben su informacin y la procesan, pero que tambin monitorean el comportamiento y rbita de los aparatos. Por lo general, los centros terrenos no son aparatosas instalaciones, sino ms bien pequeos tableros con poco personal que sin embargo controlan funciones geoespaciales especializadas.El periodo orbital de los satlites depende de su distancia a la Tierra. Cuanto ms cerca est, ms corto es el periodo. Los primeros satlites de comunicaciones tenan un periodo orbital que no coincida con el de rotacin de la Tierra sobre su eje, por lo que tenan un movimiento aparente en el cielo; esto haca difcil la orientacin de las antenas, y cuando el satlite desapareca en el horizonte la comunicacin se interrumpa.Existe una altura para la cual el periodo orbital del satlite coincide exactamente con el de rotacin de la Tierra. Esta altura es de 35.786,04 kilmetros. La rbita correspondiente se conoce como el cinturn de Clarke, ya que fue el famoso escritor de ciencia ficcin Arthur C. Clarke el primero en sugerir esta idea en el ao 1945. Vistos desde la Tierra, los satlites que giran en esta rbita parecen estar inmviles en el cielo, por lo que se les llama satlites geoestacionarios. Esto tiene dos ventajas importantes para las comunicaciones: permite el uso de antenas fijas, pues su orientacin no cambia y asegura el contacto permanente con el satlite.Los satlites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias, llamadas C, Ku y Ka. La gran mayora de emisiones de televisin por satlite se realizan en la banda KuEn la actualidad, este tipo de comunicacin puede imaginarse como si tuvisemos un enorme repetidor de microondas en el cielo. Est constituido por uno o ms dispositivos receptor-transmisores, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro, amplificando la seal de entrada y retransmitiendo a otra frecuencia para evitar los efectos de interferencia.Descripcin del tipo de antena que servir para recibir y transmitir seales electromagnticasUNA vez que Maxwell predijo la existencia de ondas electromagnticas se present la importante cuestin de cmo generarlas. Hertz fue el primero que estudi este problema y lo resolvi. Para ello desarroll un formalismo matemtico con el cual pudo encontrar las caractersticas de estas ondas a partir de las ecuaciones de Maxwell. De este trabajo se desprendi la prediccin de que si una partcula elctricamente cargada se mueve en forma acelerada, entonces emite ondas electromagnticas. As, por ejemplo, en el experimento de Hertz la chispa que salta de una esfera a la otra (Figura 29) est compuesta de electrones acelerados que emiten ondas electromagnticas.Cuando una corriente elctrica se establece a lo largo de un cable se estn moviendo partculas cargadas. Sin embargo, no siempre ocurre que estas partculas se aceleren; por ejemplo, si la corriente es de valor constante como la corriente directa que se establece cuando la fuente es una batera conectada a un foco de una linterna, entonces las partculas que dan lugar a la corriente elctrica se mueven con velocidad constante y por tanto no se estn acelerando. Una partcula experimenta una aceleracin cuando su velocidad cambia al transcurrir el tiempo. En consecuencia, solamente en una corriente elctrica que vara al transcurrir el tiempo, las partculas se aceleran. Esto sucede, por ejemplo, con la corriente alterna.

Supngase que una varilla metlica se conecta a una fuente de corriente alterna. Los electrones que circulan por la varilla llegarn a su extremo y se regresarn; por consiguiente, su velocidad cambia y hace que se aceleren, y en consecuencia emiten ondas electromagnticas. Esta onda as emitida tendr la misma frecuencia de los electrones que oscilan en la varilla.El elemento que produce las ondas se llama antena emisora. En el caso anterior la antena es la varilla.Adems de varillas las antenas pueden tener otras configuraciones. Las caractersticas que tengan las ondas emitidas dependern de la forma geomtrica y de la longitud de la antena. As, en el caso de una varilla, las ondas emitidas tienen la misma frecuencia que la corriente que las induce. A esta frecuencia f le corresponde un longitud de ondal dada por (u/ f), siendo v la velocidad de la luz ( ecuacin antes mencionada). Por otro lado, la potencia de la onda emitida depende tanto de la longitud de onda l como de la longitud L de la varilla. La potencia que emite adquiere un valor mximo cuando la longitud de la varilla es igual a la mitad de la longitud de onda. En consecuencia, conviene construir la antena con esta longitud. Este hecho es una manifestacin del fenmeno de resonancia.La antena no emite la misma potencia en todas las direcciones; a lo largo de la antena (Figura 32) no hay emisin. En una direccin perpendicular a la varilla se alcanza la potencia mxima; de hecho, alrededor de la direccin perpendicular se forma un cono dentro del cual la emisin es apreciable; en direcciones fuera del cono prcticamente no hay radiacin. A este tipo de antenas se les llama direccionales.

Dispositivo que sirve para transmitir o recibir ondas electromagnticas. Convierte la onda guiada por la lnea de transmisin en ondas electromagnticas que se transmiten en un espacio libre Parmetros de ondas Tipos de antenas Antena transmisorasSon aquellas donde se modula la seal, se emiten ondas electromagnticas al espacio transformando energa elctrica en ondas electromagnticasAntena ReceptoraSon las encargadas de recibir la seal mandada. Captan las ondas que se propagan por el espacio y las convierten en energa Directivaidad:La Directividad de una antena se define como la relacin entre la densidad de potencia radiada en una direccin, a una distancia, y la densidad de potencia que radiara a la misma distancia una antena isotrpica, a igualdad de potencia total radiada. rea y longitud efectiva:El rea efectiva se define como la relacin entre la potencia recibida y la densidad de potencia incidente en una antena. La antena debe estar adaptada a la carga, de forma que la potencia transferida sea la mxima. La onda recibida debe estar adaptada en polarizacin a la antena. La longitud efectiva de una antena linealmente polarizada se define como la relacin entre la tensin inducida en una antena en circuito abierto y el campo incidente en la misma.Polarizacin:Es la orientacin de las ondas electromagnticas partiendo desde la antena. Puede ser lineal o circular Ganancia:La ganancia de una antena se define como la relacin entre la densidad de potencia radiada en una direccin y la densidad de potencia que radiara una antena isotrpica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.Adaptacin:Las antenas receptoras tienen un circuito equivalente de Thevenin, con una impedancia de antena y un generador de tensin. La transferencia de potencia entre la antena y la carga es mxima cuando ambas impedancias son complejas conjugadas.Independencia:La impedancia de una antena se define como la relacin entre la tensin y la corriente en sus terminales de entrada. Dicha impedancia es en general compleja. La parte real se denomina resistencia de antena y la parte imaginaria, reactancia de antena.Densidad de potencia radiada :La densidad de potencia radiada se define como la potencia por unidad de superficie en una determinada direccin. Las unidades son watios por metro cuadradoDiagrama de radiacin:El diagrama de radiacin de una antena se define como la representacin grfica de las caractersticas de radiacin en funcin de la direccin angularDispositivo para recopilar informacin sobre el tipo de partculas que llegan al satliteEn el espacio interestelar, fuera del sistema solar, existe un gas de partculas cargadas (iones, electrones) conocido como la Nebulosa del Cangrejo que da origen a los GCR, este gas proviene de supernovas, y como consecuencia de stas estrellas de neutrones, que han tenido lugar en la galaxia creando materiales pesados y ncleos radioactivos y que han propulsado esta cantidad de material hacia el espacio. Estas partculas, que son altamente penetrantes, colisionan con la atmsfera exterior continuamente, a una tasa de 100 partculas por m2 /s. La composicin de un GCR es de todos o casi todos los elementos de la tabla peridica, desde el hidrgeno (protones) hasta el uranio (iones pesados). Los valores de energa mximos de estos rayos son de ms o menos 1 GeV (al ao), y valores de 10 GeV cada dcada. Pero los valores de composicin tpicos de un rayo GCR son de un 85% de hidrgeno (flujo de protones), un 14% de helio (flujo de partculas alfa) y un 1% de partculas HZE1 , partculas de materiales pesados (Z elevada) excitados a niveles altos de energa, como por ejemplo iones de hierro u otros metales pesados. Los GCR estn compuestos por partculas cargadas las cuales son susceptibles a verse atrapadas por el campo magntico terrestre y seguir las lneas de campo de la magnetosfera. Las lneas de campo apuntan en direccin a los polos (magnticos) de la Tierra y donde convergen las lneas de campo es el lugar donde existe un flujo de partculas mayor. Para el estudio de la radiacin recibida en un satlite o cpsula espacial en un posible viaje a Marte debemos tener en cuenta la meteorologa espacial. Esto es las posibles adversidades que el Sol pueda provocar en el espacio durante el viaje.

Tambin denominados rayos csmicos solares, debido a que la fuente de estos rayos es el Sol. Estos flujos de partculas provienen de las violentas explosiones que tienen lugar en la corona del Sol, concretamente se producen eyecciones de masa coronal, CME, que es un gas altamente ionizado (se considera plasma solar). Estas partculas en los fenmenos atmosfricos solares se aceleran hasta velocidades muy prximas a la luz, en consecuencia estas llegan a nuestra magnetosfera con un alto nivel energtico. Estas cascadas de partculas llegan a la magnetosfera terrestre con energa, en ocasiones, superior a 1 GeV. El tiempo de exposicin es diverso, la expansin de una CME hacia la Tierra llega en cuestin de minutos, pero sus efectos pueden prolongarse hasta das. En general se clasifican los eventos de partculas solares segn provengan de una CME o de una fulguracin en la corona del SolDispositivo para almacenar energa elctricaLas pilas y bateras son capaces de almacenar electricidad en forma de energa qumica. A grandes rasgos, consisten en dos electrodos capaces de intercambiar cargas elctricas positivas y negativas a travs de una interfase, que se suele llamar electrolito. Si se conectan los dos electrodos con un cable, se produce una corriente elctrica. Los electrodos son diversos compuestos qumicos (por ejemplo, nquel y hierro). Producen energa elctrica mientras se descargan, y se cargan al ser alimentados de electricidad.Pilas y bateras no son una buena forma de almacenar electricidad comercial, pues tienen una potencia limitada y se pierde mucha energa en el proceso de conversin de energa elctrica a energa qumica. No obstante, son imprescindibles para proporcionar electricidad a pequeos aparatos porttiles, con una gama de tensiones baja, en torno a los 10 v. Las pilas y bateras desechables son un tipo de residuo potencialmente peligroso, por el tipo de sustancias que contienen. Por eso actualmente se tiende a eliminar de su composicin los compuestos txicos y a favorecer el empleo de bateras recargables.

Pilas de combustibleSe est prestando mucha atencin a las pilas de combustible, porque pueden ser una buena solucin para almacenar energa de manera limpia desde el punto de vista del medio ambiente. El proceso puede funcionar descomponiendo el agua mediante una corriente elctrica: el hidrgeno obtenido se puede almacenar y utilizarse como combustible en una pila, donde se combina con oxgeno para producir corriente elctrica y agua como subproducto.Queda claro que las energas renovables son el principio de la solucin hacia la sustentabilidad, pero tenemos que lograr almacenarlas para utilizarlas cuando las necesitamos y no nicamente cuando sopla el viento o sale el sol. Un litro de nafta contiene ms de 3.43 x 10^7 Joules / litro de energa. Un nmero casi mgico. La naturaleza tard millones de aos en crearlo. Nuestra civilizacin se ha construido en base a ella. Sin duda, estamos todava lejos de poder recrear semejante densidad de energa y menos an de manera limpia y renovable.Existen principalmente cuatro formas de almacenar energa a gran escala: Qumica Elctrica Mecnica Trmica

Conclusiones:La construccin de las antenas satelitales exige una precisin en la forma y ubicacin para la retransmisin de la seal para generar el patrn de radiacin, la cual llega a tierra y despus es retransmitida a nuestras computadoras o televisores, dependiendo de lo que se quiera transmitir es la medida y el tipo de satlite, existen muchas medidas y tamaos de estos.Aprendimos tanto de las ondas y de la fuerza de la gravitacin, que la verdad este campo es tan extenso e interesante que no tiene fin ya que con cada descubrimiento nuevo se van abriendo brechas para ir adentrndonos ms en el mundo del conocimiento.

Bibliografa y material de poyo:www.wikipediahttp://mediosdetransmisionyperturbaciones.wordpress.com/medios-no-guiadoshttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_19.htmhttp://prezi.com/mcjqu1g9itkq/dispositivo-que-sirve-para-transmitir-o-recibir-ondas-electr/https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3841/1/54706-1.pdfhttp://www.lanacion.com.ar/1153502-alternativas-en-el-almacenamiento-de-energia