APLICACIONES DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICASTrabajo Colaborativo 1

Act: 10

Por:LUIS ALEXANDER AREVALO

JAMES TORRESPABLO JAVIER GARCIA

FRANCISCO JAVIER CHÁVEZ FLOREZ

Presentado a

HAROLD ESNEIDER PÉREZ WALTERO

Tutor

 

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD”

ANTENA Y PROPAGACION

MAYO DE 2012

INTRODUCCIÒN

Las ondas electromagnéticas incluyen todas aquellas, desde las de menor frecuencia (como el radio), pasando por las microondas, el infrarrojo, luz visible, ultravioleta y rayos x, verás que mucha de la tecnología moderna depende de la generación, transmisión y recepción de dicha forma de energía:

- Con las ondas de baja frecuencia generalmente se realiza la transmisión de información: el radio y la televisión utilizan el intervalo de 3 Hz a 300 GHz

- Con el infrarrojo (300 GHz a 300 THz) se pueden realizar, entre otras cosas, la visión nocturna, la transmisión de señales a corta distancia (como el control remoto de la TV), o el análisis de defectos en piezas mecánicas.

- Con la luz visible se realiza, por ejemplo, la transmisión de datos (la fibra óptica).

- Con el ultravioleta (3 - 30 PHz) se realizan aplicaciones estéticas, como el famoso bronceado artificial y médicas (por ejemplo, detección de elementos biológicos, como se ve en la serie de televisión CSI).

Los rayos X (300 PHz) tienen principalmente aplicaciones médicas como las radiografías, aunque también tienen usos industriales (como detección de imperfecciones en maquinaria a nivel microscópico).

Por su efecto ionizante, los rayos gamma (> 30 EHz) tienen pocas aplicaciones (por ejemplo, para esterilizar equipo médico) y son más bien un subproducto de la industria nuclear (ya sea como parte de una planta de energía o durante la explosión de una bomba).

ONDAS ELECTROMAGNETICAS

Las cargas en movimientos (corrientes) producen campos magnéticos. Una corriente constante produce un campo magnético constante, mientras que una corriente variable produce un campo cambiante. Podemos ir hacia el otro, y utilizar un campo magnético para producir una corriente, siempre y cuando el campo magnético está cambiando.  Un campo magnético cambiante constantemente-puede inducir una tensión constante, mientras que un campo magnético oscilante puede inducir un voltaje oscilante.

Una onda electromagnética (tal como una onda de radio) se propaga hacia el exterior desde la fuente (una antena, tal vez) a la velocidad de la luz. Lo que esto significa en la práctica es que la fuente ha creado oscilación de campos eléctricos y magnéticos, perpendiculares entre sí, que viajan lejos de la fuente. Los campos E y B, además de ser perpendiculares entre sí, son perpendiculares a la dirección que viaja la onda, lo que significa que una onda electromagnética es una onda transversal. La energía de la onda se almacena en los campos eléctrico y magnético.

Propiedades de las ondas electromagnéticas

Algo interesante sobre la luz y las ondas electromagnéticas en general, es que ningún medio se requiere para que la onda viaje a través. Otras ondas, como ondas de sonido, no pueden viajar a través del vacío. Una onda electromagnética es perfectamente feliz de hacer eso.

Una onda electromagnética, aunque no lleva la masa, lleva energía. También tiene el impulso, y puede ejercer presión (conocida como la presión de radiación). La razón por la cola de los cometas se aleje del Sol es la presión de radiación ejercida sobre la cola de la luz (y otras formas de radiación) del sol.

La energía transportada por una onda electromagnética es proporcional a la frecuencia de la onda. La longitud de onda y frecuencia de la onda están conectados a través de la velocidad de la luz.

Las ondas electromagnéticas se dividen en diferentes categorías en función de su frecuencia (o, equivalentemente, en su longitud de onda). En otras palabras, dividir el espectro electromagnético basado en la frecuencia. La luz visible, por ejemplo, va desde el violeta hasta el rojo. La luz violeta tiene una longitud de onda de 400 nm, y una frecuencia de 7,5 x 10 14 Hz. La luz roja tiene una longitud de onda de 700 nm, y una frecuencia de 4,3 x 10 14 Hz. Cualquier onda electromagnética con una frecuencia (o longitud de onda) entre esos extremos se puede ver por los humanos.

La luz visible constituye una parte muy pequeña del espectro electromagnético. Las ondas electromagnéticas que son de mayor energía que la luz visible (mayor frecuencia, menor longitud de onda) son la luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Menores ondas de energía

(frecuencia más baja, mayor longitud de onda) se incluyen la luz infrarroja, las microondas y ondas de radio y televisión.

La energía en una onda electromagnética

La energía de una onda electromagnética está ligada a los campos eléctricos y magnéticos

Resulta que para una onda electromagnética, la energía asociada con el campo eléctrico es igual a la energía asociada con el campo magnético, por lo que la densidad de energía se puede escribir en términos de sólo una o la otra:

Esto también implica que en una onda electromagnética, E = cB.

Una forma más común de manejar la energía es mirar la cantidad de energía transportada por la onda de un lugar a otro. Una buena medida de esto es la intensidad de la onda, que es la potencia que pasa perpendicularmente a través de una zona dividida por el área. La intensidad, S, y la densidad de energía están relacionadas por un factor de c:

Por lo general, es más útil el uso de la potencia media, o de intensidad media, de la ola. Para encontrar los valores medios, usted tiene que usar algún medio para el campo eléctrico E y el campo magnético B. La media de la raíz se utilizan promedios cuadrados, la relación entre el pico y valores efectivos es la siguiente:

Ondas de Radio

Las ondas de radio (se abrevia RF por Radio Frequency) se propagan en línea recta en varias direcciones al mismo tiempo. En vacío, las ondas de radio se propagan a 3,108 m/s.En cualquier otro medio, la señal se vuelve más débil debido a

la reflexión

la refracción

la difracción

la absorción

Absorción de ondas de radio.

Cuando una onda de radio se topa con un obstáculo, parte de su energía se absorbe y se convierte en otro tipo de energía, mientras que otra parte se atenúa y sigue propagándose. Es posible que otra parte se refleje.

La atenuación se da cuando la energía de una señal se reduce en el momento de la transmisión. La atenuación se mide en belios (símbolo: B) y equivale al logaritmo de base 10 de la intensidad de salida de la transmisión, dividida por la intensidad de entrada. Por lo general, se suelen usar los decibelios (símbolo: dB) como unidad de medida. Cada decibelio es un décimo de belio. Siendo un belio 10 decibelios, la fórmula sería:R (dB) = (10) * log (P2/P1)Cuando R es positivo, se denomina amplificación, y cuando es negativo se denomina atenuación. En los casos de transmisiones inalámbricas, la atenuación es más común.

La atenuación aumenta cuando sube la frecuencia o se aumenta la distancia. Asimismo, cuando la señal choca con un obstáculo, el valor de atenuación depende considerablemente del tipo de material del obstáculo. Los obstáculos metálicos tienden a reflejar una señal, en tanto que el agua la absorbe.

Reflexión de ondas de radio.

Cuando una onda de radio choca con un obstáculo, parte o la totalidad de la onda se refleja y se observa una pérdida de la intensidad. La reflexión es tal que el ángulo de incidencia equivale al ángulo de reflexión.

Por definición, una onda de radio es susceptible de propagarse en varias direcciones. Después de reflejarse varias veces, una señal de origen puede llegar a una estación o punto de acceso después de tomar muchas rutas diferentes (llamadas multitas).

La diferencia temporal en la propagación (llamada retraso de propagación) entre dos señales que toman diferentes rutas puede interferir en la recepción, ya que los flujos de datos que se reciben se superponen entre sí.Esta interferencia se incrementa a medida que aumenta la velocidad de transmisión, ya que los intervalos de recepción de los flujos de datos se hacen cada vez más cortos. Por lo tanto, la multi ruta limita la velocidad de transmisión en redes inalámbricas.

Para superar este problema, las tarjetas Wi-Fi y los puntos de acceso usan dos antenas por emisor. Mediante un controlador automático de ganancia (AGC), que cambia inmediatamente de una antena a otra según la fuerza de la señal, el punto de acceso puede distinguir dos señales que vienen de la misma estación. Se dice que las señales que reciben estas dos antenas no están correlacionadas (son independientes) si un hay una diferencia de Lambda/2 (6,25 cm a 2,4 GHz).

Las propiedades de los medios.

El debilitamiento de la señal se debe en gran parte a las propiedades del medio que atraviesa la onda. La tabla siguiente muestra los niveles de atenuación para diferentes materiales:

Materiales Grado de atenuación

Ejemplos

Aire Ninguno Aire libre, patio internoMadera Bajo Puerta, piso, medianeraPlástico Bajo MedianeraVidrio Bajo Ventanas sin teñirVidrio teñido Medio Ventanas teñidasAgua Medio Acuario, fuenteSeres vivientes

Medio Multitud, animales, personas, plantas

Ladrillos Medio ParedesYeso Medio MedianerasCerámica Alto TejasPapel Alto Bobinas de papelConcreto Alto Muros de carga, pisos,

columnasVidrio a prueba de balas

Alto Ventanas a prueba de balas

Metal Muy alto Concreto reforzado, espejos, armarios metálicos, cabina del ascensor

Ondas de Microonda

Se describe como microondas a aquellas ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desde los 500 MHz hasta los 300 GHz o aún más

 Existen una variedad de sistemas de microondas funcionando a distancias que varían de 15 a 4000 millas, los sistemas de microondas de servicio intraestatal o alimentador se consideran en general de corto alcance, por que se usan para llevar información a distancias relativamente cortas, por ejemplo, hacer una radiocomunicación entre ciudades que se encuentran en un mismo país.

Los sistemas de microondas de largo alcance son los que se usan para llevar información a distancias relativamente mucho más largas, por ejemplo, en aplicaciones de rutas interestatal y de red primaria.  Las capacidades de lo sistemas de radio de microondas van desde menos de 12 canales de banda de voz hasta más de 22000 También, las señales emitidas en FM son menos sensibles al ruido aleatorio y se pueden propagar con menores potencias de transmisión.

 En los sistemas de FM, el ruido de intermodulacion es provocado principalmente por la distorsión de la ganancia de transmisión y del retardo. En consecuencia, en los sistemas FM es una función de la amplitud de la señal y de la magnitud de la desviación en frecuencia. Así las características de las señales de frecuencia modulada son más adecuadas para la transmisión por microondas que las de amplitud modulada. Los sistemas de radio de microondas que usan modulación de frecuencia se conocen ampliamente por proporcionar comunicaciones cuando usan la atmósfera terrestre como medio de transmisión.

Los sistemas de microondas FM que se usan con el equipo multiplexor adecuado son capaces de conducir en forma simultánea desde unos pocos circuitos de voz de banda angosta, hasta miles de circuitos de voz de alta velocidad, audio de calidad comercial y televisión comercial. Los estudios comparativos de costo han demostrado que la radio de microondas de FM es, casi siempre, el método más económico de proporcionar circuitos de comunicaciones cuando no hay ya cables metálicos ni fibras ópticas, o cuando existen duras condiciones de terreno o de clima. También, los sistemas de microondas de FM se pueden ampliar con facilidad..

Rayos Infrarrojos

Nuestros ojos son detectores que han ido evolucionando para detectar ondas de luz visible. La luz visible es uno de los pocos tipos de radiación que puede penetrar nuestra atmósfera y que es posible detectar desde la superficie de la Tierra. Como hemos visto en la página Descubrimiento de los rayos infrarrojos, también existen otros tipos de luz (o radiación) que no podemos ver. De hecho, solamente podemos ver una parte muy pequeña de toda la gama de radiación llamada espectro electromagnético* [página en Inglés]. El espectro electromagnético incluye los rayos gamma, los rayos X, los rayos ultravioletas, la luz visible, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio. La única diferencia entre estos distintos tipos de radiación es su longitud de onda y su frecuencia. A medida que pasamos de los rayos gamma a las ondas de radio, la longitud de onda aumenta y la frecuencia disminuye (también disminuyen la energía y la temperatura). Todos estos tipos de radiación viajan a la velocidad de la luz (300.000 km/s en el espacio vacío). Además de la luz visible, también llegan a la superficie de la tierra desde el espacio ondas radio, una parte del espectro infrarrojo y una parte muy pequeña de radiación ultravioleta. Afortunadamente, nuestra atmósfera bloquea el resto de la radiación, la cual es muy peligrosa y hasta mortal para las formas de vida en la Tierra.

Dentro del espectro electromagnético, la radiación infrarroja se encuentra comprendida entre el espectro visible y las microondas. Las ondas infrarrojas tienen longitudes de onda más largas que la luz visible, pero más cortas que las microondas; sus frecuencias son menores que las frecuencias de la luz visible y mayores que las frecuencias de las microondas. El término infrarrojo cercano se refiere a la parte del espectro infrarrojo que se encuentra más próxima a la luz visible; el término infrarrojo lejano denomina la sección más cercana a la región de las microondas.

La fuente primaria de la radiación infrarroja es el calor o radiación térmica. Cualquier objeto que tenga una temperatura superior al cero absoluto (-273,15 °C, o 0 grados Kelvin), irradia ondas en la banda infrarroja. Incluso los objetos que consideramos muy fríos —por ejemplo, un trozo de hielo—, emiten en el infrarrojo. Cuando un objeto no es suficientemente caliente para irradiar ondas en el espectro visible, emite la mayoría de su energía como ondas infrarrojas. Por ejemplo, es posible que un trozo de carbón encendido no emita luz visible, pero que sí emita la radiación infrarroja que sentimos como calor. Mientras más caliente se encuentre un objeto, tanta más radiación infrarroja emitirá. A la

temperatura normal del cuerpo, la mayoría de las personas irradian más intensamente en el infrarrojo, con una longitud de onda de 10 micrones (el micrón o micrómetro es una unidad comúnmente utilizada en astronomía y equivale a una millonésima de metro). La imagen en la izquierda (cortesía de SE-IR Corporation) muestra la fotografía de un gato tomada en la banda infrarroja. Las áreas de colores naranja y blanco son las zonas más calientes, en tanto que las

áreas azules son las más frías. Esta imagen nos da una idea diferente de un animal que nos resulta familiar, y brinda información que no podríamos obtener a través de una imagen de luz visible.

En la oscuridad, los detectores infrarrojos pueden ver objetos que no es posible ver con luz visible, gracias a que dichos objetos irradian calor. Las víboras de la familia de los crótalos, tales como las serpientes de cascabel, tienen una hendidura sensorial entre los ojos y la nariz que utilizan para detectar luz infrarroja. Así, la cascabel puede detectar animales de sangre caliente por el calor infrarrojo que irradian, incluso en la oscuridad. Se cree que víboras que tienen dos hendiduras sensoriales perciben una visión en tres dimensiones en el infrarrojo.

Sentimos los efectos de la radiación infrarroja cada día. El calor de la luz del sol, del fuego, de un radiador de calefacción o de una acera caliente proviene del infrarrojo. Aunque no podemos ver esta radiación, los nervios en nuestra piel pueden sentirla como calor. Las terminaciones nerviosas de la piel son sensibles a la temperatura y pueden detectar la diferencia entre la temperatura interior del cuerpo y la temperatura exterior de la piel. También utilizamos rayos infrarrojos cuando usamos una unidad de control remoto de un televisor

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

Recurso Magnético

Módulo: ANTENAS Y PROPAGACION DE ONDAS, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA, Director nacional: Julio Cesar Rueda Rangel

Actualizado Por: Remberto Carlos Moreno HerazoCiudad: Bogotá, Fecha: 2011

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