LUIS FERNANDO PEREZ AGUILAR 402 MA-HE

Teora De Maxwell Sobre Las Ondas Electromagnticas

James Clerk Maxwell (Edimburgo, Escocia, 13 de junio de 1831 Cambridge, Inglaterra, 5 de noviembre de 1879). Fsico escocs 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. 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", despus de la primera llevada a cabo por 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. 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.

Maxwell se dedic a la realizacin de estudios de carcter privado en sus posesiones de Escocia. Es el creador de la electrodinmica moderna y el fundador de la teora cintica de los gases. Formul las ecuaciones llamadas "ecuaciones de Maxwell", y que se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones elctricas y magnticas, que simultneamente permiten describir la propagacin de las ondas electromagnticas que, de acuerdo con su teora, tienen el mismo carcter que las ondas luminosas. Ms tarde Heinrich Hertz lograra demostrar experimentalmente la veracidad de las tesis expuestas por Maxwell. Sus teoras constituyeron el primer intento de unificar dos campos de la fsica que, antes de sus trabajos, se consideraban completamente independientes: la electricidad y el magnetismo (conocidos como electromagnetismo). En el ao 1859 Maxwell formul la expresin termodinmica que establece la relacin entre la temperatura de un gas y la energa cintica de sus molculas.

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Maxwell sobre las ondas electromagnticas

Una onda electromagntica es la forma de propagacin de la radiacin electromagntica a travs del espacio. Y sus aspectos tericos estn relacionados con la solucin en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecnicas, las ondas electromagnticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vaco.

Las ondas luminosas son ondas electromagnticas cuya frecuencia est dentro del rango de la luz visible.

Quiz el mayor logro terico de la fsica en el siglo XIX fue el descubrimiento de las ondas electromagnticas. El primer indicio fue la relacin imprevista entre los fenmenos elctricos y la velocidad de la luz. Las ondas electromagnticas son transversales; las direcciones de los campos elctrico y

magntico son perpendiculares a la de propagacin. Una onda electromagntica es la forma de

propagacin de la radiacin electromagntica a travs del espacio. Y sus aspectos tericos estn

relacionados con la solucin en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell.

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Mtodos de produccin de ondas

A 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. Puedes ver la onda emitida por las partculas cargadas que saltan entre las esferas pulsando en electromagntica wave.

Un modelo simple de produccin de ondas electromagnticas es el dipolo elctrico oscilante (dos

cargas iguales y opuestas cuya separacin vara armnicamente con el tiempo).

Si por un cable circula una corriente elctrica se estn moviendo partculas cargadas. Sin embargo,

las partculas no siempre se aceleran; solamente en una corriente elctrica que vara al transcurrir

el tiempo, las partculas se aceleran. Esto sucede, por ejemplo, con la corriente alterna.

Supn que conectas una varilla metlica a una fuente de corriente alterna. Los electrones que

circulan por la varilla estn acelerados y, por lo tanto, emiten ondas electromagnticas. Las ondas

as emitidas tendrn la misma frecuencia que los electrones que oscilan en la varilla. El emisor de

las ondas electromagnticas es la antena (varilla).

Si haces llegar la onda electromagntica emitida a otra varilla, se inducir en ella una corriente

elctrica que tendr la misma frecuencia que la de la onda incidente. Esta otra varilla es la antena

receptora.

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Propiedades y caractersticas de las ondas

En los circuitos e instalaciones de corriente alterna (AC), tanto las tensiones como las corrientes son ondas senoidales. Esto quiere decir que la tensin entre dos puntos cambia constantemente de polaridad y que la intensidad por un conductor cambia constantemente de sentido. Los valores caractersticos de las ondas senoidales son los siguientes, y son aplicables tanto a tensiones como a corrientes.

Amplitud (Vmax; Imax): es el valor mximo instantneo de la senoidal. La amplitud positiva y negativa son iguales pero con signo contrario.

Ejemplo: Supongamos una corriente continua de 5 (A). Esta intensidad producir un calor por

efecto Joule

o Valor eficaz (V; I): representa el valor de una magnitud continua equivalente. Matemticamente

Al circular por un conductor. La corriente alterna que produce el mismo calor (Fig. 3), tendr como valor eficaz 5 (A), y como amplitud:

En la prctica, el valor eficaz es el valor ms utilizado 5 (A), realmente hablamos de una corriente senoidal cuyo valor eficaz son 5 (A para las magnitudes senoidales; es decir que cuando nos referimos a un corriente de).

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Propiedades y caractersticas de las ondas

Las caractersticas de una onda nos describen su comportamiento. Para hacer una generalizacin,

supongamos una onda de tipo transversal.

Longitud de onda (). Se define como la distancia entre dos puntos consecutivos de la

perturbacin o la distancia que recorre la onda en un periodo de T.

Frecuencia. Se define por el nmero de oscilaciones o ciclos por segundo que tiene una onda. Se

mide en Hertz (Hz).

Periodo (T). Es el intervalo de tiempo entre dos puntos equivalentes de la onda.

Velocidad. Considerada como el desplazamiento de la onda y que depende exclusivamente de las

propiedades del medio

Propiedades de las ondas mecnicas

Por lo general, las ondas tienen cierto comportamiento en presencia de otras ondas o cuando

algunos cuerpos impiden su trayectoria. Dentro de las propiedades de las ondas tenemos:

Reflexin. Se manifiesta cuando una onda rebota contra un objeto que se interpone en su

camino.

Refraccin. Esta propiedad aparece cuando la onda mecnica pasa por un medio a otro, ya sea de

mayor o menor densidad.

Esto se entiende mejor si consideramos que las molculas de un slido, al contraerse ms juntas,

facilitan que la energa se transmita.

Este fenmeno es el responsable de que en la Ciudad de Mxico se intensifique el efecto de un

temblor.

Las ondas sonoras que se transmiten por el aire chocan contra ellos y, como lo mencionamos en la

reflexin, gran parte de la energa es absorbida o reflejada.

Difraccin. Esta propiedad se presente cuando un objeto se interpone en la trayectoria de una

onda y sta trata de pasar rodeando brincndolo o atravesando alguna rendija o espacio

abierto. Tambin es la causa de que, cuando una persona nos habla desde el otro lado de una

barda, pareciera que lo sta haciendo desde encima, ya que las ondas sonoras brincan las barda

para seguir su camino.

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Interferencia. Cuando dos ondas diferentes concurren, coinciden o se superponen en un mismo

punto de su trayectoria se presente esta propiedad.

Constructiva. Ocurre cuando las ondas se alcanzan y se forma una onda ms grande, ya que la

energa se ambas se suman en un punto en comn.

Esto se puede ver si provocamos una onda en un lquido e inmediatamente despus generamos

ms ondas detrs de ella.

Destructiva. Ocurre cuando la onda resultante es de menor intensidad. Esta propiedad se aprecia

fcilmente cuando dos ondas chocan de frente. Su trayectoria y velocidad sern menores a partir

del punto de choque.

La cancelacin o anulacin de las ondas es otro resultado que puede presentarse, esto solo si la

energa de ambas es exactamente la misma.

Un ejemplo muy tpico y sencillo de esto es cuando hablamos en voz baja dentro del cine para que

la persona a nuestro lado pueda entendernos.

Resonancia. Esta propiedad es de las ms interesantes y a la vez ms compleja. Se presenta

cuando una onda es absorbida por un objeto y ste comienza a vibrar con la misma energa y

frecuencia que la onda

Concepto, caractersticas y propiedades de las ondas planas

En la fsica de propagacin de ondas (especialmente en campos y ondas electromagnticas), una onda plana o tambin llamada onda mono dimensional, es una onda de frecuencia constante cuyos frentes de onda (superficies con fase constante) son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase. Es decir, son aquellas ondas que se propagan en una sola direccin a lo largo del espacio, como por ejemplo las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una direccin nica, sus frentes de ondas son planos y paralelos.

Por extensin, el trmino es tambin utilizado para describir ondas que son aproximadamente planas en una regin localizada del espacio. Por ejemplo, una fuente de ondas electromagnticas como una antena produce un campo que es aproximadamente plano en una regin de campo lejano. Es decir que, a una distancia muy alejada de la fuente, las ondas emitidas son aproximadamente planas y pueden considerarse como tal.

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Expresin matemtica de la onda plana

Matemticamente, una onda plana es una solucin de la ecuacin de onda en su forma compleja

de la siguiente forma:

Dnde i es la unidad imaginaria, k es el vector de onda, es la frecuencia angular y a es la

amplitud compleja. La solucin fsica es usualmente encontrada tomando la parte real de la

expresin.

Esta es la solucin para una ecuacin de onda escalar en un medio homogneo. Para ecuaciones

de onda vectoriales, como las que describen a la radiacin electromagntica o las ondas en un

medio elstico, la solucin para un medio homogneo es similar: multiplicado por un

vector constante a. (Por ejemplo, en electromagnetismo a es tpicamente el vector para el campo

elctrico, campo magntico, o el potencial vectorial). Una onda transversal es aquella en que

el vector amplitud es ortogonal a k (por ejemplo, para ondas electromagnticas en un

medio isotrpico), mientras que una onda longitudinal es aquella en que el vector amplitud es

paralelo a k (por ejemplo en ondas acsticas propagndose en un gas o fluido).

En esta ecuacin, la funcin (k) es la relacin de dispersin del medio, con el radio /|k| dando

la magnitud de la velocidad de fase yd/dk dando la velocidad de grupo. Para el

electromagnetismo en un medio isotrpico con ndice de refraccin n, la velocidad de fase

es c/n (la cual iguala a la velocidad de grupo solamente si el ndice no depende de la frecuencia).

Onda plana uniforme Se dice que una onda plana electromagntica es uniforme si en ella, las intensidades de

campo elctrico y magntico presentan amplitudes constantes en las superficies esquifase.

Ondas de este tipo slo pueden encontrarse en el espacio libre a una distancia infinita de la

fuente

Velocidad de las ondas planas longitudinales en un fluido Las ondas tambin se propagan a travs de los fluidos, pero para limitar la transmisin a una sola

direccin requerimos que el lquido o gas se encierre en un conducto largo de forma que se

considere indefinido estando uno de los extremos cerrados por un pistn. Si el dispositivo genera

un pequeo cambio hacia la derecha, las cantidades de fluido adyacentes a l se comprimen,

propagndose una onda de compresin en la direccin del eje del tubo. Si el pistn se desplaza

hacia la izquierda lo que se propaga es una onda de dilatacin.

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Concepto de energa y momentum

Momentum

La cantidad de movimiento, momento lineal, mpetu o momentum es una magnitud fsica

fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier

teora mecnica. En mecnica clsica, la cantidad de movimiento se define como el producto de

la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado. Histricamente, el concepto se

remonta a Galileo Galilei. En su obra Discursos y demostraciones matemticas en torno a dos

nuevas ciencias, usa el trmino italiano mpeto, mientras que Isaac Newton en Principia

Matemtica usa el trmino latino motus1 (movimiento) y vis motriz (fuerza

motriz). Momento y momentum son palabras directamente tomadas del latn mmentum, trmino

derivado del verbo mvre 'mover'.

La definicin concreta de cantidad de movimiento difiere de una formulacin mecnica a otra:

en mecnica newtoniana se define para una partcula simplemente como el producto de su masa

por la velocidad, en la mecnica lagrangiana o hamiltoniana se admiten formas ms complicadas

en sistemas de coordenadas no cartesianas, en la teora de la relatividad la definicin es ms

compleja aun cuando se usan sistemas inerciales, y en mecnica cuntica su definicin requiere el

uso de operadores auto adjuntos definidos sobre un espacio vectorial de dimensin infinita.

En mecnica newtoniana, la forma ms usual de introducir la cantidad de movimiento es como el

producto de la masa (kg) de un cuerpo material por su velocidad (m/s), para luego analizar su

relacin con las leyes de Newton. No obstante, tras el desarrollo de la fsica moderna, esta manera

de operar no result ser la ms conveniente para abordar esta magnitud fundamental. El defecto

principal es que esta definicin newtoniana esconde el concepto inherente a la magnitud, que

resulta ser una propiedad de cualquier ente fsico con o sin masa, necesaria para describir

las interacciones. Los modelos actuales consideran que no slo los cuerpos msicos poseen

cantidad de movimiento, tambin resulta ser un atributo de los campos y los fotones.

La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservacin, lo cual significa que la cantidad de

movimiento total de todo sistema cerrado (o sea uno que no es afectado por fuerzas exteriores, y

cuyas fuerzas internas no son disipadoras) no puede ser cambiada y permanece constante en el

tiempo.

En el enfoque geomtrico de la mecnica relativista la definicin es algo diferente. Adems, el

concepto de momento lineal puede definirse para entidades fsicas como los fotones o los campos

electromagnticos, que carecen de masa en reposo.

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Energa

La energa es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energa se manifiesta en los cambios fsicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energa est presente tambin en los cambios qumicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposicin de agua mediante la corriente elctrica.

Espectro electromagntico Se denomina espectro electromagntico a la distribucin energtica del conjunto de las ondas electromagnticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagntico o simplemente espectro a la radiacin electromagntica que emite (espectro de emisin) o absorbe (espectro de absorcin) una sustancia. Dicha radiacin sirve para identificar la sustancia de manera anloga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, adems de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiacin.

Diagrama del espectro electromagntico, mostrando el tipo, onda con ejemplos, frecuencia y

temperatura de emisin de cuerpo negro.

El espectro electromagntico se extiende desde la radiacin de menor longitud de onda, como los

rayos y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las

ondas electromagnticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el

lmite para la longitud de onda ms pequea posible es la longitud de Planck mientras que el lmite

mximo sera el tamao del Universo (vase Cosmologa fsica) aunque formalmente el

espectro electromagntico es infinito y continuo.

Rango energtico del espectro

El espectro electromagntico cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de

30 Hz y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.1 Por otro lado se conocen

frecuencias cercanas a 2,91027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofsicas.2

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La energa electromagntica en una particular longitud de onda (en el vaco) tiene una

frecuencia f asociada y una energa de fotn E. Por tanto, el espectro electromagntico puede ser

expresado igualmente en cualquiera de esos trminos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:

, o lo que es lo mismo

, o lo que es lo mismo

Donde (velocidad de la luz) y es la constante de

Planck, .

Por lo tanto, las ondas electromagnticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y

mucha energa mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y

poca energa.

Por lo general, las radiaciones electromagnticas se clasifican basndose en su longitud de la onda

en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible que percibimos como luz visible

ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de las radiaciones electromagnticas depende de su longitud de onda. Cuando

la radiacin electromagntica interacta con tomos y molculas puntuales, su comportamiento

tambin depende de la cantidad de energa por quantum que lleve. Al igual que las ondas

de sonido, la radiacin electromagntica puede dividirse en octavas.

La espectroscopia puede detectar una regin mucho ms amplia del espectro electromagntico

que el rango visible de 400 a 700 nm. Un espectrmetro de laboratorio comn y corriente detecta

longitudes de onda de 2 a 2500 nm.

Bandas del espectro electromagntico

Para su estudio, el espectro electromagntico se divide en segmentos o bandas, aunque esta

divisin es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas

frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.

Banda Longitud de onda (m) Frecuencia (Hz) Energa (J)

Rayos gamma < 10x1012m > 30,0x1018Hz > 201015 J

Rayos X < 10x109m > 30,0x1015Hz > 201018 J

Ultravioleta extremo < 200x109m > 1,5x1015Hz > 9931021 J

Ultravioleta cercano < 380x109m > 7,89x1014Hz > 5231021 J

Luz Visible < 780x109m > 384x1012Hz > 2551021 J

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Infrarrojo cercano < 2,5x106m > 120x1012Hz > 791021 J

Infrarrojo medio < 50x106m > 6,00x1012Hz > 41021 J

Infrarrojo lejano/su milimtrico < 1x103m > 300x109Hz > 2001024 J

Microondas < 102m > 3x108Hzn. 1 > 21024 J

Ultra Alta Frecuencia - Radio < 1 m > 300x106Hz > 19.81026 J

Muy Alta Frecuencia - Radio < 10 m > 30x106Hz > 19.81028 J

Onda Corta - Radio < 180 m > 1,7x106Hz > 11.221028 J

Onda Media - Radio < 650 m > 650x103Hz > 42.91029 J

Onda Larga - Radio < 10x103m > 30x103Hz > 19.81030 J

Muy Baja Frecuencia - Radio > 10x103m < 30x103Hz < 19.81030 J

Radiofrecuencia

En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en ingls. Los rangos son:

Nombre Abreviatura inglesa

Banda ITU Frecuencias Longitud de onda

Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja frecuencia

ELF 1 3-30 Hz 100.00010.000 km

Sper baja frecuencia

SLF 2 30-300 Hz 10.0001000 km

Ultra baja frecuencia

ULF 3 3003000 Hz 1000100 km

Muy baja frecuencia

VLF 4 330 kHz 10010 km

Baja frecuencia LF 5 30300 kHz 101 km

Media frecuencia MF 6 3003000 kHz 1 km 100 m

Alta frecuencia HF 7 330 MHz 10010 m

Muy alta frecuencia

VHF 8 30300 MHz 101 m

Ultra alta frecuencia

UHF 9 3003000 MHz 1 m 100 mm

Sper alta frecuencia

SHF 10 3-30 GHz 100-10 mm

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Extra alta frecuencia

EHF 11 30-300 GHz 101 mm

Por encima de los 300 GHz

< 1 mm

Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas

que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas

frecuencias del sonido en la parte ms baja (grave) del intervalo de percepcin del odo

humano. Cabe destacar aqu que el odo humano percibe ondas sonoras, no

electromagnticas, sin embargo se establece la analoga para poder hacer una mejor

comparacin.

Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el

intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnticas de frecuencia

equivalente a los sonidos graves que percibe el odo humano tpico.

Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a

3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de

la voz humana.

Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aqu las frecuencias de 3

a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado tpicamente en comunicaciones gubernamentales y

militares.

Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los

principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango estn la navegacin

aeronutica y marina.

Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, estn en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las

ondas ms importantes en este rango son las de radiodifusin de AM (530 a 1605 kHz).

Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A

estas se les conoce tambin como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia

gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusin, comunicaciones gubernamentales

y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil tambin ocurren

en esta parte del espectro.

Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular

usado para muchos servicios, como la radio mvil, comunicaciones marinas y aeronuticas,

transmisin de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisin del 2 al 12 [segn

norma CCIR (Estndar B+G Europa)]. Tambin hay varias bandas de radioaficionados en este

rango.

Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los

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canales de televisin de UHF, es decir, del 21 al 69 [segn norma CCIR (Estndar B+G Europa)]

y se usan tambin en servicios mviles de comunicacin en tierra, en servicios de telefona

celular y en comunicaciones militares.

Frecuencias sper altas: SHF, Sper High Frecuencias, son aquellas entre 3 y 30 GHz y son

ampliamente utilizadas para comunicaciones va satlite y radioenlaces terrestres. Adems,

pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisin de datos a muy corto

alcance mediante UWB. Tambin son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares

basados en UWB.

Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de 30

a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas seales son ms complejos y

costosos, por lo que no estn muy difundidos an.

Existen otras formas de clasificar las ondas de radiofrecuencia.

Microondas Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como mltiples dispositivos de transmisin de datos, radares y hornos microondas.

Bandas de frecuencia de microondas

Banda P L S C X Ku K Ka Q U V E W F D

Inicio (GHZ) 0,2 1 2 4 8 12 18 26,5 30 40 50 60 75 90 110

Final (GHZ) 1 2 4 8 12 18 26,5 40 50 60 75 90 110 140 170

Infrarrojo

Las ondas infrarrojas estn en el rango de 0,7 a 100 micrmetros. La radiacin infrarroja se asocia

generalmente con el calor. Ellas son producidas por cuerpos que generan calor, aunque a veces

pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos lseres.

Las seales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como

en astronoma para detectar estrellas y otros cuerpos en los que se usan detectores de calor para

descubrir cuerpos mviles en la oscuridad. Tambin se usan en los mandos a distancia de

los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas enva una seal

codificada al receptor del televisor. En ltimas fechas se ha estado implementando conexiones de

rea local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos

estndares de comunicacin estas conexiones han perdido su versatilidad.

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Espectro visible

Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas se

encuentra lo que comnmente es llamado luz, un tipo

especial de radiacin electromagntica que tiene una

longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrmetros.

Este es el rango en el que el sol y las estrellas similares

emiten la mayor parte de su radiacin. Probablemente, no

es una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las

longitudes de onda que emite el sol con ms fuerza. Las

unidades usuales para expresar las longitudes de onda son

el Angstrom y el nanmetro. La luz que vemos con nuestros

ojos es realmente una parte muy pequea del espectro

electromagntico. La radiacin electromagntica con una

longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (790-400 terahercios) es detectada por el ojo humano y

se percibe como luz visible. Otras longitudes de onda, especialmente en el infrarrojo cercano (ms

de 760 nm) y ultravioleta (menor de 380 nm) tambin se refiere a veces como la luz, an cuando la

visibilidad a los seres humanos no es relevante. Si la radiacin tiene una frecuencia en la regin

visible del espectro electromagntico se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazn de fruta, y

luego golpea los ojos, esto da lugar a la percepcin visual de la escena. Nuestro sistema visual del

cerebro procesa la multitud de frecuencias que se reflejan en diferentes tonos y matices, y a

travs de este, no del todo entendido fenmeno psico-fsico, la mayora de la gente percibe un

tazn de fruta; Un arco iris muestra la ptica (visible) del espectro electromagntico. En la mayora

de las longitudes de onda, sin embargo, la radiacin electromagntica no es visible directamente,

aunque existe tecnologa capaz de manipular y visualizar una amplia gama de longitudes de onda.

La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas electromagnticas pueden

modularse y transmitirse a travs de fibras pticas, lo cual resulta en una menor atenuacin de la

seal con respecto a la transmisin por el espacio libre.

Ultravioleta La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nm. El Sol es una importante fuente emisora de rayos en esta frecuencia, los cuales causan cncer de piel a exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son principalmente en el campo de la medicina.

Rayos x La denominacin rayos X designa a una radiacin electromagntica, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las pelculas fotogrficas. La longitud de onda est entre 10 a 0,01 nanmetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).

Rayos gamma La radiacin gamma es un tipo de radiacin electromagntica producida generalmente por

Color Longitud de onda

violeta 380450 nm

azul 450495 nm

verde 495570 nm

amarillo 570590 nm

naranja 590620 nm

rojo 620750 nm

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elementos radiactivos o procesos subatmicos como la aniquilacin de un parpositrn-electrn. Este tipo de radiacin de tal magnitud tambin es producida en fenmenos astrofsicos de gran violencia. Debido a las altas energas que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiacin ionizante capaz de penetrar en la materia ms profundamente que la radiacin alfa obeta. Dada su alta energa pueden causar grave dao al ncleo de las clulas, por lo que son usados para esterilizar equipos mdicos y alimentos.

Efecto Doppler

Cuando se analiza el espectro electromagntico de la luz de una estrella o galaxia, se puede

apreciar en este un corrimiento al rojo o un corrimiento al azul es decir los colores visibles se

desplazan hacia un extremo u otro del espectro visible. Esto ocurre gracias al efecto Doppler,

llamado as por el fsico austraco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia

de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler

propuso este efecto en 1842 en su tratadober das farbige Licht der Doppelsterne und einige

andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).

En el caso del espectro visible de la radiacin electromagntica, si el objeto se aleja, su luz se

desplaza a longitudes de onda ms largas, desplazndose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz

presenta una longitud de onda ms corta, desplazndose hacia el azul. Esta desviacin hacia el

rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre

estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente

utilizando instrumentos de precisin como espectrmetros. Si el objeto emisor se moviera a

fracciones significativas de la velocidad de la luz, s sera apreciable de forma directa la variacin

de longitud de onda.

El primer corrimiento al rojo Doppler fue descrito en 1848 por el fsico francs Hippolyte Fizeau,

que indic que el desplazamiento en lneas espectrales visto en las estrellas era debido al efecto

Doppler. En 1868, el astrnomo britnico William Huggins fue el primero en determinar la

velocidad de una estrella alejndose de la Tierra mediante este mtodo.5

La abundancia de corrimiento al rojo en el universo ha permitido crear las teora de la expansin

del universo. El corrimiento al azul del espectro, se observa en la Galaxia de Andrmeda lo que

indica que se acerca y en algunos brazos de galaxias lo que permite descubrir su giro.

LUIS FERNANDO PEREZ AGUILAR 402 MA-HE

Conalep saltillo 1

Anlisis de fenmenos

elctricos,

electromagnticos y

pticos

Ing. Ignacio Garza Alcal

Determinacin de las

ondas electromagnticas

Luis Fernando Prez

Aguilar

402 MA-HE