Yolanda Arellano Díaz AL12521408

Perla Arely Ham González AL12524421

Roberto Isidro Martínez Aguilar AL12524288

Miriam Illali Rodriguez Andrade AL12521062

Equipo: MAXWELINOS

FISICAING. EN

BIOTECNOLOGIAS

Evidencia de aprendizaje.

Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos

“La puesta en órbita de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso”

INTEGRANTES DE EQUIPO:

AL 12521408AL12524421AL12524288AL12521062

06/04/2013

Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos.

“La puesta en órbita de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso”

Introducción:

Tecnologías asociadas a la infraestructura.

Los sistemas satelitales de telecomunicaciones son en esencia, un conjunto de dispositivos que se suman para hacer posible una comunicación a través de microondas entre un conjunto de estaciones terrenas empleando un repetidor hospedado en el espacio. Desde este punto de vista, no es arriesgado pensar que un sistema de comunicaciones por satélite es conceptualmente equivalente a un mecanismo de transmisión como lo sería una fibra óptica, un cable coaxial o un par de cobre, considerando debidamente las proporciones y características de cada uno. Aún cuando se hable de procesamiento a bordo de los satélites, este debe entenderse como procesos realizados sobre la portadora o la señal de banda base orientados a garantizar la integridad de la información durante el proceso de transporte y no a cambiar el contenido o significado que esta representa para el usuario, dado que el objetivo es hacer que el sistema satelital sea transparente para la información que se cursa a través del mismo.

Siguiendo la dinámica de esta definición, todos los elementos que componen un sistema de telecomunicaciones por satélite se pueden asociar a uno de tres segmentos en los cuales el sistema está dividido. El primero, es el segmento terreno, el cual está constituido por todas las estaciones terrenas de una misma red habilitadas para capturar señales electromagnéticas u ópticas provenientes de un satélite específico y extraer de ella la información en el formato compatible con el equipo o red terrestre de cada usuario; de igual forma, estas estaciones pueden o no estar dotadas con equipos para adaptar la información al formato compatible con el enlace satelital y transmitirla sea a través del espectro de radio u óptico hacia el repetidor en el espacio. En segunda instancia, el segmento espacial, referido al conjunto de satélites a través de los cuales se cursa el tráfico generado por el segmento terreno y como resultado, hacen posible la conexión de todos los puntos de la red en tierra. Los satélites son fundamentalmente elementos que capturan la señal electromagnética u óptica proveniente del primer usuario y la retransmiten con el nivel suficiente para recuperar la información en el extremo del segundo usuario con la posibilidad de realizar procesamiento a bordo de la señal, dependiendo de las capacidades con que haya sido dotado el satélite.

El tercero o segmento de control, está constituido por todos los sistemas en tierra y espacio que hacen posible la permanencia y control de la infraestructura en órbita. Son entonces, las estaciones de seguimiento, telemetría y telecomando dispuestas en tierra y todo el equipo a bordo cuyo objetivo sea el monitoreo y control remoto de las condiciones donde cada uno de los subsistemas del satélite, la determinación de su posición y orientación en el espacio.

Marco teórico:

Tecnologías asociadas al segmento terreno.

De acuerdo a la función, existen tres categorías de estaciones terrenas; la primera comprende estaciones de interfaz o pasarelas que interconectan una red terrestre con el segmento espacial, de ahí que cursen alto tráfico y requieran enlaces de gran ancho de banda y elevada disponibilidad. Entre tanto, las estaciones de usuarios, clasifican los terminales pequeños como dispositivos móviles o Antenas de Apertura muy Pequeña (VSAT, Very Small Aperture Terminal) donde la señal electromagnética capturada del satélite es directamente convertida en información para el usuario final. Por último, las estaciones de servicio consisten en instalaciones que actúan como concentradoras de la información proveniente de los usuarios y/o como fuentes de información que debe ser enviada hacia estos, de manera que a través de ellas se cursa todo el tráfico de la red. La estructura común de una estación terrena, independiente de su función, se expone en un diagrama de bloques en la Figura 1 para posterior discusión de cada uno.

Sistema de Antenas.

En vista del inconveniente derivado de las obstrucciones que se generan por la infraestructura que sostiene el alimentador además del volumen y peso de los reflectores parabólicos, se ha desarrollado dos tipos de antenas. En el primer caso, se consideran los Terminales de Apertura muy Pequeña denominados VSAT por la abreviación en inglés, en el segundo, están las antenas con reflectores planos.

Las antenas VSAT también conocidos como Terminales Personales, son aquellas antenas cuyo diámetro está comprendido entre 0.8m y 3.8m con un peso nominal entre 9,4Kg y 41Kg respectivamente. La reducción en el diámetro de las estaciones terrenas radica en la necesidad de ofertar servicios satelitales cada vez más directamente al usuario final o consumidor del servicio a un menor costo y con facilidades competitivas con las tecnologías terrestres. Esta tendencia condujo a reducir la Potencia Isotrópica Radiada Efectiva (PIRE) de las estaciones de usuario y con ello el tamaño de la antena.

La compensación de esta reducción se realiza a través de la inclusión de una nueva estación a la red, como se verá en la sección siguiente.

Las antenas con reflectores planos, se logran a partir de un conjunto de reflectores grabados o impresos sobre una superficie plana, efecto que reduce considerablemente la exigencia del volumen y se adapta fácilmente a una superficie ya existente. Por otra parte, la posición del alimentador la cual se define previamente, determina la posición exacta de cada reflector del arreglo en la superficie plana, con lo cual se evita totalmente el efecto de las obstrucciones. No obstante, la construcción de este tipo de antenas exige extrema precisión en la forma y ubicación tanto de cada reflector como del alimentador, pues es precisamente este par de variables las que definen las condiciones de fase con que el arreglo de reflectores retransmitirá la señal para generar el patrón de radiación. Por otra parte, las características del arreglo de reflectores cambian drásticamente de acuerdo a la frecuencia debido a que las dimensiones de cada uno están relacionadas muy

estrechamente con este parámetro y en consecuencia estos reflectores deberán diseñarse especialmente para la frecuencia exacta de operación, sin embargo la factibilidad de reflectores planos y livianos, la posibilidad de que estos sean plegados, el bajo costo respecto de una antena parabólica equivalente y la facilidad de implementación, son las razones que impulsan al uso de este tipo de antenas tanto en el segmento terreno como en el segmento espacial.

Las antenas parabólicas e incluso los arreglos planos de reflectores, son en sentido estricto antenas con patrón de radiación fijo, aun cuando los paraboloides gocen de dos o más alimentadores desplazados del foco, cada uno generando un lóbulo orientado en dirección diferente como en el caso de las antenas multihaz que permiten capturar o transmitir señales a satélites diferentes con la misma antena, estos son fijos y su desplazamiento implica necesariamente un movimiento mecánico de toda la infraestructura de la antena mediante el uso de motores .

De los arreglos reflectivos para cambiar el patrón de radiación se requiere cambiar las dimensiones de cada uno de los reflectores lo cual se puede lograr cargando cada reflector con un varactor que involucre una capacitancia que modifique la longitud eléctrica equivalente de cada uno y con ello, producir un cambio del lóbulo de radiación como resultado del voltaje aplicado a cada varactor. Otra posibilidad puede ser la incorporación de pequeños motores que roten cada uno de los reflectores, pero se debe considerar que esta solución incrementa el costo, el peso y la complejidad de la construcción del arreglo de reflectores.

Divisores de Señal.

Cuando las estaciones terrenas deben procesar más de una señal recibida del satélite, después del Amplificador de Bajo Ruido (LNA, Low Noise Amplifier) se debe adicionar una etapa orientada a separar cada portadora para que cada una tenga una conversión y tratamiento particular a Frecuencia Intermedia (IF, Intermediate Frequency). Este proceso se adelanta a través de dispositivos pasivos como acopladores híbridos o arreglos de filtros pasa banda, no obstante estos incorporan altas pérdidas por inserción, por lo cual es mejor considerar opciones con circuitos integrados de microondas o incluso delegar esta función a sistemas de Procesamiento Digital de Señal (DSP, Digital Signal Processing), una vez se ha realizado la debida adaptación a frecuencia intermedia y conversión analógica a digital.

Desarrollo

• Dispositivo para el envío de señales electromagnéticas.

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. La forma de transporta esta energía es mediante ondas (ondas electromagnéticas).

Una onda electromagnética es la forma de propagación (transmisión) de la radiación electromagnética a través del espacio.

De una forma simple podemos decir que podemos crear una onda eléctrica moviendo una partícula eléctrica con una fuerza hacia arriba y hacia abajo. Si la partícula es magnética crearemos una onda magnética, y se movemos las dos obtenemos una onda electromagnética.

Ya tenemos creada las ondas.

Cuanto mayor sea la fuerza que hagamos mayor será la altura de la onda. Cuanto más rápido hagamos el movimiento más rápidas serán las ondas.

Por ejemplo, una onda electromagnética como esta

Ejerce fuerzas más débiles que una onda como esta

Cuando queremos transmitir una onda esta se crea en el punto emisor y se transmite por el aire hasta el punto receptor (repitiéndose la onda desde el punto inicial hasta el final).

Los aspectos importantes a tener en cuenta en una onda son:

La longitud de onda: es la distancia entre dos crestas consecutivas de una onda. Nos dice lo larga que es una onda.

Frecuencia: es el número de veces que se repite la onda en cada segundo. Rapidez de la onda.

Se mide en hertzios (Hz.) 1 Hz quiere decir que se repite la onda 1 vez cada segundo.

El conjunto de frecuencias forma el espectro electromagnético en el que se transmiten las ondas. Por ejemplo ondas a 9KHz se utilizan para transmitir información en radionavegación hasta los 116GHz que se utilizan para transmitir en radioastronomía. Todos los sistemas de transmisión electromagnéticas son iguales, lo único que los diferencia es la frecuencia a la que trabajan (transmiten).

Las ondas electromagnéticas que el oído del ser humano puede escuchar son de 20Hz a 20.000Hz las que utilizarán lógicamente las emisoras de radio o la intercomunicación en los coches de fórmula 1. En este último caso cada equipo emite en una frecuencia diferente. La radio depende del tipo que sea FM o AM y dentro de cada tipo cada emisora tiene su propia frecuencia, por eso solo escucharas una emisora en una frecuencia determinada (punto del dial). Para cualquier otro tipo de transmisión no es necesario que las ondas estén entre este rango de frecuencias. Por ejemplo las redes wifi trabajan a 2,4GHz y las bluetooth entre 2,4GHz y 2,48GHz.

Los satélites reciben y emiten un tipo especial de ondas electromagnéticas llamadas microondas, siguen siendo ondas electromagnéticas pero están dentro de un rango de frecuencias determinadas y tienen unas longitudes de ondas concretas. En la siguiente tabla mostramos algunos del espectro electromagnético:

Tipo de ondas Longitud de onda (m) Frecuencia Energía (J)

(Hz)

Microondas < 30 cm > 1 GHz > 2·10-24 J

Onda Corta Radio < 180 m > 1,7 MHz > 1,13·10-27 J

Onda Media Radio < 650 m > 650 kHz > 43,1·10-27 J

Onda Larga Radio < 10 km > 30 kHz > 200·10-27 J

Las ondas digitales

Las ondas analógicas son ondas que pueden tomar diferentes valores en cada momento (las vistas hasta ahora). Las ondas digitales binarias son ondas que solo pueden tomar dos valores el 0 o el 1 (binarias).

Estas ondas transmiten mejor la información al tener solo dos valores que transmitir. Normalmente se crea la onda en forma analógica y antes de trasmitirla se convierte a digital (digitalización). En este proceso se suelen eliminar los sonidos que no puede percibir el ser humano y al llegar al receptor la señal tiene mejor calidad. Finalmente esta onda digital se puede convertir en digital binaria:

¿Cómo pasar de una onda electromagnética analógica a una señal digital?

Esto lo realizan los conversores ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital). Lo que estos aparatos hacen (simplificando para entender mejor el proceso) es:

- Primero se toman puntos de la señal analógica (de la onda), cuantos más puntos tomemos como muestra mejor.

----- Segundo: se crea una nueva señal tomando como referencia cada uno de los

puntos del muestreo. Esta onda estará formada por los valores de cada uno de los puntos del muestreo. En este paso lo que se hace es pasar los valores continuos de la onda analógica a valores numéricos concretos.

---- Tercero: Pasamos los valores decimales de los puntos anteriores a binarios (ceros y

unos). A cada punto le asignamos su valor pero en numeración binaria. Por ejemplo si el punto tiene un valor de 3 al pasar el 3 a código binario, ese punto tendrá un valor de 11 (o lo que es lo mismo 011).

- Cuarto: ya tenemos toda la información de la nueva onda en código binario y la onda en digital. Esta información la podemos enviar o bien en paquetes de bits (como se envía la información en informática, es decir con ceros y unos), o bien enviar la onda codificada, pero en una nueva onda digital binaria creada a partir de los valores (ceros y unos) de la onda digitalizada.

- Por último al llegar la señal al receptor se debe de pasar la onda digital a analógica con el mismo proceso pero a la inversa, para ser entendida por el aparato receptor (radio, televisión, etc.).

Si la onda es una onda sonora lo que se suele hacer antes de digitalizar la onda es eliminar de la onda electromagnética todos los sonidos que no son percibidos por el ser humano (compresión de la onda), de esta forma la onda queda más sencilla y con menos puntos antes de digitalizarla.

Componentes internos del satélite

Las baterías o paneles solares

La fuente puede ser interna (baterías, células de combustible o generador radio isotópico) y externa (paneles solares). En los sistemas eléctricos, los generadores termoeléctricos radio isotópicos son la solución cuando, por lejanía, oscuridad u otra razón como la mayor potencia, no es posible utilizar paneles solares. Sistemas de protección ambiental. Aunque pueden no ser necesarios en determinados casos, o ser suplidos por técnicas más que por medios expresamente incluidos, cabe citar los subsistemas de control térmico y contra las radiaciones y micro meteoritos. En el caso de las partes mecánicas, los satélites pueden llevar sistemas como los de las máquinas terrestres y en su caso disponen de lubricantes. Naturalmente, los materiales, motores eléctricos, hidráulicos, rodamientos, son de aleaciones específicas o llevan la adecuada protección contra el vacío, el frío y el calor extremos, y en ocasiones contra la radiación. Un motor eléctrico, sin aire que lo refrigere, aquí se calentará más de lo debido. Los lubricantes son especiales para evitar los efectos del vacío y también del frío y del calor. Bajo tales condiciones, el desecamiento y dispersión de los lubricantes es más fácil, y es por ello que no sirven los habituales utilizados en la Tierra. Los sistemas electrónicos utilizados en los componentes destinados al espacio, en especial muchos de los informáticos y principalmente los circuitos fundamentales, los chips, los microprocesadores, difícilmente son los más avanzados del mercado. Curiosamente cuando en cualquier ordenador personal al tiempo que lo habitual es una generación, por ejemplo 586 (Pentium), en el espacio se estaba usando aun el microprocesador 386. El problema, la razón de que así sea, es que la miniaturización también lleva a aumentar las posibilidades de que la fuerte radiación incida más globalmente en tales miniaturizaciones. Por ello, antes de dar salida a un nuevo modelo, el componente, debidamente blindado en los casos importantes, ha de ser probado primero largamente en el espacio. La radiación es una de las causas de reinicio de los sistemas informáticos de control de los ingenios espaciales, provoca errores en los mismos, en aparatos y sistemas, e incluso averías importantes. Se emplean material es especiales y tratados para tratar de atajar el problema. También se ha estudiado el uso de aleaciones de silicio y germanio para utilizar en esta electrónica miniaturizada como medio para soportar la fuerte radiación; en 2010 una aleación de silicio-germanio resistía además temperaturas extremas de -180ºC y 120ºC. Pero el principal sistema para superar el problema es el uso del denominado Redundancia Modular Triple, que consiste en circuitos triples sincronizados cuyo flujo de señales es comparado, de modo que la corrupción puntual en uno, tras ser comparados los datos con los otros dos, se suple por la concordancia de los demás. En cualquier caso, como es natural, todo supone un mayor peso y coste de la electrónica espacial.

• Descripción del tipo de antena que servirá para recibir y transmitir señales electromagnéticas.

Se conectara una varilla metálica a una fuente de corriente alterna. Los electrones que circulan por la varilla llegarán a su extremo y se regresarán; por consiguiente, su velocidad cambia y hace que se aceleren, y en consecuencia emiten ondas electromagnéticas. Esta onda así emitida tendrá 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.

Además de varillas las antenas pueden tener otras configuraciones. Las características que tengan las ondas emitidas dependerán de la forma geométrica y de la longitud de la antena. Así, 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 onda dada por (u/ f), siendo v la velocidad de la luz (ecuación 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 máximo 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 manifestación del fenómeno de resonancia.

La antena no emite la misma potencia en todas las direcciones; a lo largo de la antena (Figura 32) no hay emisión. En una dirección perpendicular a la varilla se alcanza la potencia máxima; de hecho, alrededor de la dirección perpendicular se forma un cono dentro del cual la emisión es apreciable; en direcciones fuera del cono prácticamente no hay radiación. A este tipo de antenas se les llama direccionales.

Figura 1.

Figura 1. Una antena de varilla emite ondas electromagnéticas direccionalmente; la máxima potencia se envía en dirección perpendicular a la varilla.

Cuando a una varilla le llega una onda electromagnética, ésta induce en la varilla una corriente eléctrica que tiene la misma frecuencia que la de la onda incidente. Cualquier

dispositivo, como la varilla, que transforma una onda electromagnética en una corriente eléctrica se llama antena receptora.

Las antenas, ya sean receptoras o emisoras, funcionan con las mismas características. Así, las propiedades direccionales de la recepción en una antena receptora son las mismas que si funcionara como emisora. Además, una antena receptora absorbe la máxima potencia cuando su longitud es igual a la mitad de la longitud de onda que tiene la onda incidente.

El tipo de antena que se use, ya sea para emisión o recepción, depende de la aplicación que se quiera hacer. Por ejemplo, en el caso de una estación de radio o de televisión se requiere que pueda llegar a receptores situados en todas las direcciones con respecto a la antena; además, la señal emitida debe llegar lo más lejos posible. En consecuencia, una antena emisora de una estación debe poder manejar potencias altas y radiarlas en todas direcciones. En contraste, la antena receptora maneja potencias muy pequeñas, ya que está relativamente lejos de la emisión. Además, la antena receptora debe ser muy direccional, pues debe captar la señal de la emisión que viene de una dirección determinada. Por esto, las antenas emisoras tienen formas geométricas diferentes de las antenas receptoras.

Los satélites de comunicación son capaces de trasmitir y recibir señales que transportan información en forma analógica o digital de alta calidad. La mayoría de los satélites de comunicación son estacionarios (giran en una órbita a la misma velocidad de rotación quela tierra, es decir siempre están en el mismo punto con respecto a la tierra) y a una altura de 36.000Km. Al ser geoestacionarios las antenas de la tierra siempre apuntan directamente hacia el satélite correspondiente. La emisión de las señales se hacen desde una antena en la tierra, la recibe el satélite y envía las señales a otra antena situada en otro punto de la tierra (receptor final).Los satélites llevan unos paneles solares para recibir energía solar que la almacena en baterías. Esta energía luego la utiliza para mandar las señales, y en caso de que el satélite se desvíe de su órbita, para impulsar unos motores que le devuelven a la órbita inicial. Atendiendo a la superficie reflectora, pueden diferenciarse varios tipos de antenas parabólicas, los más extendidos son los siguientes:

La antena parabólica de foco centrado o primario.

Que se caracteriza por tener el reflector parabólico centrado respecto al foco. La antena parabólica de foco desplazado u offset, que se caracteriza por tener el reflector parabólico desplazado respecto al foco. Son más eficientes que las parabólicas de foco centrado, porque el alimentador no hace sombra sobre la superficie reflectora.

La antena parabólica Cassegrain.

Que se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.

Antenas de foco primario

Estas antenas también son llamadas antenas paraboidales. La superficie de la antena es un paraboloide de revolución con el alimentador en el foco.

"Antenas de conducción radiofónicas de amplitud electromagnética"

Conocida por sus siglas (CRAMEL) una antena de ese tipo es capaz de irradiar una magnitud de onda de500khz a través de un satélite guiado y su transmisor parabólico consta de tres reflectores, esta antena apenas fue diseñada en el 2005 por el científico electrónico danés Hamlent.

Las antenas de un satélite son, generalmente las siguientes:

Antena Este Ku

Es una antena de forma elipsoidal (Gregoriana) de 3 x 2,2 m con un mecanismo de despliegue, la cual está montada en el lado este del satélite.

Antena Oeste Ku

Es una antena de forma elipsoidal (Gregoriana) de 2,8 x 2 m con un mecanismo de despliegue, la cual está montada en el lado oeste del satélite. La forma del reflector principal es parabólica.

Antenas C

Es una antena de rejilla doble excéntrica de 1,6 m de diámetro, la cual está montada en la cubierta del satélite, orientada a la Tierra.

• Dispositivo para recopilar información sobre el tipo de partículas que llegan al satélite

La teleobservación y los recursos naturales

Como lo indica su nombre, la teleobservación significa observar, detectar o percibir a distancia. De ahí que también se le conozca por teledetección. Cuando se trata de la observación de los recursos naturales terrestres se le llama percepción remota.

Figura 5. Campo maderero con plaga, detectado por satélites de Percepción Remota.

En general, para realizar la percepción remota (PR), los satélites coleccionan los datos mediante un código digital para después transmitirlos a la Tierra, donde son transformados en imágenes. El logro de una imagen terrestre de unos 34 225 km² se obtiene en aproximadamente dos horas.

Con la percepción remota es posible detectar todos los recursos naturales, sus deterioros y transformaciones. Por esto es que la PR cobra una importancia impresionante no sólo por las posibilidades que ofrece de exploración y conocimiento de dichos recursos, sino también dentro de los procesos productivos y económicos de los países. De hecho, con la PR se han enriquecido muchas disciplinas. A continuación presentamos un listado que por si mismo habla del amplio y variado espectro en que la PR es útil. Aparecen solamente unos cuantos ejemplos.

Entre todas las innovaciones tecnológicas la PR es una de las más importantes ya que a cada país le interesa conocer a fondo el estado de sus propios recursos naturales.

Sin embargo, hasta la fecha sólo cinco países cuentan con satélites de percepción remota, los cuales pueden explorar todo lo que encuentran a lo largo de sus órbitas.

Los países que cuentan con satélites de percepción remota son: la India, los Estados Unidos, la URSS, Japón y Francia. Entre éstos, la serie de dos satélites franceses Spot destaca por su gran avance tecnológico. El Spot 2 logrará la detección de casi todos los recursos de la mayoría de los países en aproximadamente 24 horas y estará ubicado en la órbita polar. La rapidez con la que efectuará sus operaciones, le permitirá fácilmente observar los recursos naturales temporales como —por ejemplo— el cultivo.

Los países que, como el nuestro, no cuentan con satélites de PR, se ven obligados a comprar los datos que detectan los satélites de otros países. Asimismo necesitan comprar la infraestructura tecnológica para poder interpretar dichos datos. La compra por parte de nuestros países de los datos y de tecnología soluciona momentáneamente sus necesidades de exploración, que resulta muy costosa cuando trata de la exploración de recursos naturales temporales, tan importantes en la economía nacional de cualquier país.

Dispositivo para almacenar energía eléctrica.

Se puede almacenar energía eléctrica en un dispositivo muy común que se conoce como capacitor. Un capacitor consta generalmente de dos conductores (placas metálicas) paralelas y separadas por una pequeña distancia en comparación a su ancho. Si se conecta cada una de las placas momentáneamente a las bornes de una fuente de energía eléctrica, en una de las placas aparecerá una carga positiva (+q) y en la otra una carga negativa (-q). Las cargas de cada una de las placas atraerán a las cargas de la otra placa y se distribuirán uniformemente en las superficies internas de las placas, generándose así un campo eléctrico entre ellas. Como la distancia entre los conductores es pequeña el campo eléctrico entre ellas será uniforme, lo cual significa que las líneas de fuerza serán paralelas y estarán igualmente espaciadas. Las líneas de campo en las orillas de las placas presentan una curvatura, (de acuerdo a lo establecido por las leyes del electromagnetismo) que siempre puede despreciarse si la distancia entre las placas es lo suficientemente pequeña.

Capacitor de placas paralelasCada una de las placas tendrá potenciales de carga diferentes, por lo tanto el capacitor quedará caracterizado por la diferencia de potencial de sus placas (V). La diferencia de potencial V es el trabajo por unidad de carga que se necesita para llevar una pequeña carga desde una placa hasta la otra. De acuerdo a su definición, V es proporcional a la carga. En particular la diferencia de potencial entre los dos conductores de un capacitor es proporcional a las cargas Q que tienen, donde Q es la carga total de cada placa. Se propone entonces:

Q = C. V

Donde la constante de proporcionalidad C recibe el nombre de capacitancia y se mide en coulomb/volt. Esta unidad recibe el nombre de faradio (F). La capacitancia de un capacitor depende de las formas y las posiciones relativas de los conductores, y además del medio en el cual se encuentren inmersos los mismos. Puede considerarse que en un capacitor hay energía eléctrica almacenada en el campo eléctrico generado entre sus placas. Como los capacitores pueden concentrar campos eléctricos intensos en pequeños volúmenes, pueden servir como dispositivos útiles para el almacenamiento de energía.Las placas del condensador cuando se conectan a una fuente de energía eléctrica comienzan a cargarse con cargas iguales y opuestas, hasta que la diferencia de potencial entre las placas alcanza la diferencia de tensión de la fuente, este proceso se conoce como carga del condensador. Si una vez terminado este proceso se retira la fuente y se cierra un circuito conectando con un cable conductor ambos extremos del capacitor cargado, se da inicio al proceso de descarga. Las cargas acumuladas en el capacitor se redistribuirán por el cable generándose una corriente eléctrica que disminuirá con el tiempo hasta llegar a un equilibrio.

Satélite geoestacionario

Se dice que un satélite es geoestacionario, o bien que recorre una órbita geoestacionaria cuando permanece inmóvil sobre un determinado punto de nuestro planeta.La órbita del satélite se encuentra sobre el plano del ecuador terrestre, y el periodo orbital sea sincrónico con el de la Tierra.

Para calcular la altura de la órbita geoestacionaria, se utiliza la segunda ley de newton y la ley de la gravitación universal.

F=G msMT/(r/RT) 2

An=ω2 (r/RT)

La fuerza que ejerce la Tierra sobre el satélite es la fuerza gravitatoria.MT=5,973610 1024 kg masa de la Tierra Ms=1 kg masa del satéliteR=35.780106m radio del satéliteRT=6,378 106 m radio de la Tierra G=6,67 10-11 N m2 kg-2constante de la gravitación universal

ω=7,29 10-5 rad s-1

Como la velocidad angular es constante, la única aceleración que tiene el satélite es aceleración normal, paralela a la fuerza gravitatoria

Aplicando la segunda ley de newtonF=ms anG=msMT/(r+RT)2=msω2(r+RT)Despejando r

R=3√❑GMTω2

−RT

Elabora un mapa mental de la implementación del proyecto en lo que se refiere a las leyes de Maxwell.

Mapa mental.

Fuerza gravitacional 3ra. Ley de Newton

Fuerza ejercida

Basada en fuerzas

Leyes de Electroestática

Dirección y aceleración

Tierra y peso

Magneto Principios del campo

electromagnético

Campos estacionarios

Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos.

Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos. Este segundo reporte debe responder a los siguientes criterios:

6. Modelen una onda electromagnética con las siguientes características:

a. La frecuencia y longitud de onda de una señal electromagnética que pueda ser

Transmitida desde un satélite geoestacionario a un punto en la Tierra.

b. La relación adecuada entre la magnitud del campo magnético y eléctrico.

Los satélites reciben y emiten un tipo especial de ondas electromagnéticas llamadas microondas, siguen siendo ondas electromagnéticas pero están dentro de un rango de frecuencias determinadas y tienen unas longitudes de ondas concretas.

La longitud de onda que se requiere es de < 30 cm y una frecuencia de >1 GHz

La relación adecuada de las magnitudes del campo eléctrico y magnético, pudiera ser determinada por la ecuación de poynting, ya que al tener magnitudes perpendiculares respecto a la dirección de la onda, se podría tomar como vectores que representaría la densidad de potencia de la onda, equilibrando sus magnitudes.

S=KE2 /120 π = K120π H2

K= Vector unitario de la dirección de propagación

1.-Dispositivo para el envío de señales electromagnéticas.

Transponder

El sistema de comunicación del satélite Está constituido por uno o más dispositivos receptor-transmisores, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro, amplificando la señal de entrada y retransmitiendo a otra frecuencia para evitar los efectos de interferencia. Cada una de las bandas utilizadas en los satélites se divide en canales. Para cada canal suele haber en el satélite un repetidor, llamado transponder o transponedor, que se ocupa de capturar la señal ascendente y retransmitirla de nuevo hacia la tierra en la frecuencia que le corresponde.

Demultiplexador

El dispositivo que separa el tráfico entre cada uno de estos canales se denomina demultiplexador (IMUX, Input MUltipleXer) y el proceso básico consiste en separar bandas de frecuencias correspondientes a cada canal.

Amplificador de bajo ruido (LNA Low Noise Amplifier) y el convertidor de frecuencia integran un modulo conocido como receptor.

Hpa (High Power Amplifler)

Su función consiste en amplificar o disminuir la señal

2.-Descripción del tipo de antena que servirá para recibir y transmitir señales electromagnéticas.

Antena de Bocina

Una antena en un satélite geoestacionario, dirigida hacia la Tierra, puede proporcionar una ganancia de al menos 17 dBi hacia todas las partes de la superficie terrestre que le son visibles. Para ello, las antenas de haz global generalmente utilizan antenas de bocina con un diámetro de apertura de 5 longitudes de onda aproximadamente, que es lo que se requiere para iluminar esa región con un diámetro angular de 17,4º.

De las antenas de bocinas las que se usan más comúnmente son

La bocina piramidal:

Adecuada para sistemas de polarización lineal, ya que minimiza las pérdidas y reduce la generación de modos de órdenes superiores que afecten al comportamiento de la eficiencia y de la polarización. Tiene la ventaja de transmitir ondas con productos sin polarización cruzada, que junto con el hecho de que su ganancia se puede calcular exactamente a partir de sus dimensiones físicas, hacen de estas bocinas una atractiva herramienta para la medida de la ganancia útil.

3.-Dispositivo para recopilar información sobre el tipo de partículas que llegan al satélite.

Detectores de partículas. Sistema electrónico o electro-óptico, que puede ser una cámara con un tipo de gas que queda ionizado al ser atravesado por partículas, o ente que se ve afectado por la incidencia de las mismas, reflejando su nivel de afluencia a una señal que se puede medir. Es decir, son contadores y medidores de partículas, pero también se pueden llevar materiales que son luego examinados en tierra (si es posible devolverlos). Se averigua así la afluencia de las partículas, su distribución, procedencia, energía, carga, etc. Son ejemplos los detectores de rayos cósmicos, detectores de iones, detectores de viento solar, detectores de partículas de alta energía, detectores de partículas cargadas, detectores de plasma, detectores de rayos equis, contadores Geiger-Müeller y otros, como el detector de antimateria, que dispone de un contador de partículas, un registrador de la trayectoria de las mismas, otro de su velocidad, amplificador, etc.; lleva potentes imanes. Utilizados también por las sondas.

El uso de satélites para la vigilancia de los bosques en el mundo.

En el curso de la historia, los seres humanos han tenido una relación ambivalente con los bosques; las necesidades simultáneas de aprovechamiento y conservación siguen influyendo poderosamente en el papel que los bosques desempeñan en las economías locales, en el desarrollo nacional, en la protección ambiental, en las dinámicas de cambio mundial, etc. Las necesidades de información acerca de los bosques son tan distintas como las opiniones y posturas respecto a las diferentes cuestiones. En el contexto actual, una complicación más la constituye el hecho de que en su mayoría las necesidades de información se expresan normalmente a escala humana, es decir, en los términos que corresponden más directamente a la observación visual o a la medición en tierra. Los sistemas de clasificación forestal reflejan esta

perspectiva, ya que están basados en criterios tales como la composición y estructura de la flora. Obviamente, estos parámetros no son medibles directamente con sensores espaciales, en particular aquellos que trabajan con un nivel bajo de resolución del terreno. Por dicha razón, se podría poner en duda la conveniencia de orientar el análisis por tele percepción únicamente hacia la búsqueda de características conocidas del terreno (por ejemplo, una categoría conocida de bosque), ya sea mediante inversión de alguna señal espectral o de alguna otra manera. Sin embargo, es posible que ese conjunto de datos revele en cambio alguna nueva información sobre la naturaleza y la dinámica de la cubierta forestal, debido al carácter espacial e integrador de la medición. El investigador podría encontrar aquí, evidentemente, un campo privilegiado de estudio. Hoy en día, la mayoría de las necesidades comunes expresadas con respecto a la cubierta forestal constituyen un grupo limitado de temas de información básica. Pero los investigadores que realizan estudios cada vez más complejos, como los problemas relacionados con prácticas forestales sostenibles o el papel de la biomasa forestal en los ciclos biogeoquímicos, plantean preguntas más complejas que requieren nuevos métodos de análisis de datos.

Esto conduce a una consideración adicional. En la complejidad creciente de la demanda de información forestal y el perfeccionamiento gradual de las técnicas de tele percepción han ido creando una situación ambigua con respecto a la tecnología. Por una parte se necesitan inventarios tanto locales como nacionales que permitan atender las necesidades más inmediatas de ordenación, y por otra se incrementa la demanda de técnicas de vigilancia destinadas a detectar variaciones en los bosques a escala mundial. Lo que está resultando cada vez más claro, aunque no siempre se comprenda bien, es cuán difícil resulta conciliar los dos extremos de la gama de los requisitos (Justice, 1992). Las técnicas de tele percepción utilizadas a escala continental y mundial pueden pasar por alto información de interés a nivel local. El esfuerzo todavía necesario de lograr que los análisis mundiales perfeccionen su capacidad de validación local, puede basarse en métodos muy distintos a los que se utilizan en la evaluación local tradicional.

La tecnología

La tecnología espacial de observación de la tierra aplicable al inventario y a la vigilancia forestales es bastante conocida: el barredor multiespectral Landsat, el cartógrafo temático, los instrumentos multiespectrales y pancromáticos SPOT, el satélite japonés de observación marina y los sensores NOAA-AVHRR (radiómetro avanzado de muy alta resolución de la Administración Nacional del Océano y la Atmosfera de los Estados Unidos) forman virtualmente la lista completa de los llamados instrumentos operacionales para la observación de la tierra. Recientemente se ha añadido el radar de abertura sintética del satélite ERS-1, a pesar de que su aplicación a estudios de vegetación está todavía en la etapa de desarrollo. Sobre el uso de satélites para estudios forestales existe una extensa bibliografía. En los capítulos siguientes se analiza y discute una serie de cuestiones relativas al uso actual y futuro de los mencionados sensores.

Sensores de baja resolución

En los últimos años se ha ido extendiendo el campo de aplicación, en la vigilancia forestal, de los datos de baja resolución, como son los proporcionados por el instrumento NOAA-AVHRR (1,1 km de resolución). En efecto, dichos datos parecen ser los únicos que logran conjugar de manera satisfactoria la capacidad de resolución del terreno, el contenido de información relativo a la vegetación, la frecuencia de adquisición y la amplitud de la cobertura geográfica. Del mismo

modo, actualmente los datos AVHRR parecen ser la única solución práctica al problema de lograr una cobertura total de la tierra, hasta el momento, difícil de conseguir. Aunque dicha técnica todavía adolece de gran número de problemas, parece seguro que el AVHRR constituirá la principal fuente operativa de información sobre la cobertura forestal a escala continental y mundial en un futuro inmediato.

Conclusiones:

Nuestras conclusiones son que los satélites se componen de tres elementos importantísimos para poder realizar su función estos son: 1ero. Es el de terreno, el cual se refiere a las estaciones en tierra; 2do. Es el espacial, o sea el conjunto de satélites por los cuales pasa la información y hacen posible la conexión en tierra, 3ero. Es el de control y está constituido por todos los sistemas en tierra y espacio, los cuales hacen posible la permanencia y control de la infraestructura en órbita.

La construcción de este tipo de antenas ha permitido a la humanidad poder conocer más acerca de nuestro planeta, conectarnos con las personas que amamos y no tenemos cerca y hasta con las personas que no conocemos incluso, saber cómo viven en otro continente, ubicar calles y avenidas de otro país; así como ver otros planetas.

La construcción de los mismos exige una precisión en la forma y ubicación para la retransmisión de la señal para generar el patrón de radiación, la cual llega a tierra y después es retransmitida a nuestras computadoras o televisores, dependiendo de lo que se quiera transmitir es la medida y el tipo de satélite, existen muchas medidas y tamaños de estos.

Dentro de todo el material que se utiliza para la construcción de estos lo que nos llamo la atención es la utilización de paneles solares, lo que indica que es algo ecológico pues toman energía del sol, la almacenan y por medio de ella transmiten.

Aprendimos tanto de las ondas y de la fuerza de la gravitación, 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 adentrándonos más en el mundo del conocimiento.

Bibliografías

• Enciclopedia interactiva de física. Tomo 2. Editorial Grijalbo.

• GIOANCOLI, D.C., Física, principios y aplicaciones. Cuarta edición. Ed. Prentice Hall. México 1998.