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INDICE

INTRODUCCION 2

IDENTIFICAR LOS ELEMENTOS DE LA APLICACIÓN DE LA TEORIA ELECTROMAGNETICA

DISEÑO DE ANTENAS 3o ¿QUE ES UNA ANTENA? 3

DISEÑO DE CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA 5o DEFINICION GENERAL 6

o APLICACIONES DE MICROONDAS 7

OPTICA APLICADA 9o EFECTO FARADAY 9

o CALCULO DEL EFECTO 10

o USO 11

FENOMENOS TERMOELECTRICOS 12o EFECTO TERMOELECTRICO 12

o EFECTO JOULE 13

o EFECTO SEEBECK 13

o EFECTO PELTIER 14

o EFECTO THOMPSON 15

MOTORES Y TRANSFORMADORES 16o MOTORES ELECTRICOS 16

o GENERADORES DE CORRIENTE ELECTRICA 17

o TRANSFORMADOR 18

CELDAS SOLARES 19o EFECTO FOTOELECTRICO 20

o HIPOTESIS DE EINSTEIN, FOTONES, CUANTIFICACION DE LA

ENERGIA 20o ECUACION DE EINSTEIN DEL EFECTO FOTOELECTRICO 22

CONCLUSION 23

REFERENCIA ELECTRONICA 24

BIBLIOGRAFIA 24

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INTRODUCCION

Interferencia electromagnética (EMI) es un problema común que ocurre con los dispositivos electrónicos cuando se perturba el funcionamiento de un producto o interrumpidos por la radiación electromagnética o de conducción electromagnética,

El acoplamiento entre sistemas consiste en que un dispositivo interacciona y perturba el funcionamiento de otro. El camino de acoplo entre fuente y el receptor permite a la fuente interferir con el receptor. 

Existen cuatro modos (caminos) de acoplamiento: 

Conducción (corriente eléctrica).  Acoplo inductivo (campo magnético).  Acoplo capacitivo (campo eléctrico).  Radiación (campo electromagnético). 

Es uno de los principales enemigos de los equipos electrónicos y se puede presentar en cualquier lugar y momento causando problemas, daños y pérdidas imprevisibles

Cualquier dispositivo electrónico que potencialmente pueden crear interferencias electromagnéticas. Pueden causar interferencias de banda estrecha o de banda ancha que se puede hacer todo, desde la creación mueve en una pantalla de televisión para provocar llamadas a ser oído en monitores para bebés.

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“DISEÑO DE ANTENAS”

¿Qué es una antena?

Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Una antena podría denominarse como un “ingenio” que transforma una corriente eléctrica alternada en ondas electromagnéticas o vice-versa. Los sistemas de Comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir señales de televisión o radio, o bien transmitir o recibir señales en equipos portátiles.

Cuando una corriente eléctrica se establece a lo largo de un cable se están moviendo partículas cargadas. Sin embargo, no siempre ocurre que estas partículas se aceleren; por ejemplo, si la corriente es de valor constante como la correine directa que se establece cuando la fuente es de una batería conectada a un foco de una linterna, entonces las partículas que dan lugar a la corriente eléctrica se mueven con velocidad constante y por tanto no se están acelerando. Una partícula experimenta una aceleración cuando su velocidad cambia al transcurrir el tiempo. En consecuencia, solamente en una corriente eléctrica que varía al transcurrir el tiempo, las partículas se aceleran. Esto sucede, por ejemplo, con la corriente alterna.

Cuando una varilla metálica se conecta a una fuente de corriente alterna. Los electrones que circulan por la varilla llegarán a un extremo y se regresarán; por consiguiente, su velocidad cambia y hace que se aceleren, y en consecuencia emiten ondas electromagnéticas. Esta onda sí 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 una longitud de onda dada por (v/f), siendo la v la velocidad de la luz. Por otro lado, la potencia de la onda emitida depende tanto de la longitud de la onda 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 no hay emisión. En una dirección perpendicular a la varilla se alcanza la

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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.

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 en igual a la mitad de la longitud de onda que tiene la onda incidente.

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“DISEÑO DE CIRCUITOS DE ALTA FRECUENCIA”

La teoría y práctica de filtros de microondas comenzaron en los años precedentes a la segunda guerra mundial por pioneros como Mason, Sykes, Darlington, Fano, Lawson, y Richards. El método de parámetros imagen para el diseño de filtros fue desarrollado en los últimos años de 1930, y era útil para filtros de especificaciones poco rigurosas. Hoy en día todavía, la mayoría del diseño de filtros se hace según el método de pérdidas de inserción, que se basa en técnicas de la síntesis de redes. Debido al continuo adelanto de tales técnicas, particularmente en lo referente a síntesis con elementos distribuidos, el diseño de filtros sigue siendo un área de investigación activa.

En 1948 P.I. Richards contribuyó un concepto importante al diseño de filtros de microonda, con el objetivo de remplazar los elementos concentrados reactivos por tramos de líneas de transmisión. Richards desarrollo la transformación que lleva su nombre y en conjunto con las cuatro identidades de K.Kuroda han permitido que prototipos de filtros con elementos concentrados puedan ser implementados físicamente mediante stubs en cortocircuito o circuito abierto.

A principios de la década de 1950, R. Levy y S. Cohn desarrollaron fórmulas para el diseño de filtros con respuestas máximamente plana. Alrededor de ese tiempo el grupo de investigación del “Stamford Research Institute” formado por jóvenes como G. Matthaei, L. Young, E. Jones, S. Cohn y otros llegó a ser un trabajo muy activo en materia de filtros y acopladores. Un manual voluminoso de filtros y acopladores resultó de aquel trabajo y sigue siendo una referencia valiosa.

Este grupo desarrolló una variedad de dispositivos usando líneas acopladas y líneas interdigitales.

Los acopladores direccionales son otra clase de dispositivos pasivos, similares en cuanto desarrollo, a los filtros de microonda y muchos de los primeros investigadores de la teoría de filtros también contribuyeron al trabajo de acopladores. El laboratorio “Radiation Laboratory Series” contiene numerosas descripciones de acopladores de guía de onda, incluyendo el acoplador del Bethe-hole, el acoplador de Schwinger, los acopladores del multihole, y acopladores de prueba.

Los dispositivos de ferrita constituyen otra clase de dispositivos pasivos de microondas, y aunque el primer dispositivo de ferrita de microondas no fuera demostrado hasta 1949, pronto llegaron a ser imprescindibles en etapas de aislamiento y aplicaciones de cambios de fase. La ferrita también se utiliza en otros dispositivos no recíprocos tales como en circuladores, en cavidades magnéticamente sintonizables y en filtros.

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Definición general:

La definición del término microondas se puede enfocar básicamente desde dos perspectivas. La primera, más exacta, que está relacionada con el espectro de frecuencias que abarca, en este caso entre 300 MHz y 300 GHz (en la actualidad esta definición se ha extendido hasta los 1 THz).También es habitual encontrar esta definición en términos de longitudes de onda. Teniendo en cuenta que la velocidad de propagación de un medio homogéneo caracterizado por sus constantes ε y μ vale:

vp =1/√με

Y que para el caso concreto del vació dicha velocidad vale:

vpo = c =1/√μoεo=3 ˜ .108m/s

la longitud de onda asociada a una señal de frecuencia f en este medio valdrá:

λo =c/f

De forma que la banda de longitudes de onda de microondas será desde 1 metro hasta 1 milímetro

(1 THz =⇒ λ = 0, 3 mm). A las señales con longitudes de onda del orden de milímetros se les conocen como ondas milimétricas.

La otra definición, tal vez menos precisa, es aquella porción del espectro electromagnético en el que las dimensiones de los circuitos son comparables a las longitudes de onda que manejan. En este sentido lo que entendemos por teoría de circuitos es un caso especial de la teoría electromagnética descrita mediante las ecuaciones de Maxwell. En microondas no es válida la aproximación de elementos discretos o puntuales (concentrados), como en teorías de circuitos.

Las componentes de microondas normalmente son elementos distribuidos donde la fase de una tensión o una corriente cambia apreciablemente a lo largo del dispositivo, debido a que sus dimensiones son comparables con la longitud de onda. Esta definición tiene en cuenta que el cambio de fase de las componentes de una señal es inversamente proporcional a la longitud de la onda,

v(t) = a(t) cos (ωt −2π/λ z)

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Por lo que, a frecuencias bajas (longitudes de onda grandes), si el tamaño del circuito es pequeño zmax/λ 1, el cambio de fase es entonces irrelevante. Sin embargo a frecuencias de microondas es un factor fundamental.

En el otro extremo del espectro nos encontraríamos con la ingeniería óptica, donde la longitud de la onda es mucho más pequeña que las dimensiones de los componentes. En este caso las ecuaciones de Maxwell se pueden simplificar mediante la geometría óptica. Estas técnicas se utilizan algunas veces con ondas milimétricas y se las conoce como quasi-ópticas.

En microondas, por tanto, se deberá trabajar con las ecuaciones de Maxwell y con sus soluciones.

Esto significa que existirá en muchos casos la complejidad matemática importante, apareciendo derivadas sobre funciones vectoriales y operaciones con integrales de campos vectoriales, donde estos a su vez dependen de las coordenadas espaciales. Una de las finalidades en microondas será reducir esta complejidad matemática y encontrar soluciones expresadas en términos de teoría de circuitos. Generalmente la solución de teoría de campos presenta una descripción completa del campo electromagnético en cada punto del espacio, resultando más información de la que realmente necesitamos. Será preferible poder expresar las soluciones en términos de teoría de circuitos como potencia, impedancia, tensión, corriente, etc.

Aplicaciones de microondas.

Las altas frecuencias y las longitudes de onda corta de las señales en ingeniería de microondas hacen de las dificultades en el análisis y diseño de componentes y sistemas en este campo.

Luego, son estos mismos factores los que proporcionan oportunidades únicas para la aplicación de sistemas de microondas. Esto se debe básicamente a las siguientes consideraciones:

• La ganancia de la antena es proporcional al tamaño eléctrico de la antena. A mayores frecuencias más ganancia de antena, por lo tanto, es posible para un determinado tamaño físico de antena, que tiene importantes consecuencias para implementar sistemas de microondas en miniatura.

• Más anchura de banda (capacidad información llevada) se puede realizar en frecuencias más altas. Un ancho de banda del 1% en 600MHZ es 6MHz (el ancho de banda de un solo canal de televisión), y en 60GHz un ancho de banda del 1%

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es 600MHz (100 canales de televisión). El ancho de banda es críticamente importante porque las bandas de frecuencia disponibles en el espectro electromagnético se están agotando rápido.

• Las señales de microondas viajan por la línea de visión y no son dobladas por la ionosfera como las señales de menor frecuencia. Por lo tanto, -los enlaces de comunicaciones por satélite y terrestres con capacidades muy altas son así posibles, con la reutilización de la frecuencia en las localizaciones como mínimo distantes-.

• El área eficaz de la reflexión (sección representativa de radar - sección transversal radar) de una blanco de radar es generalmente proporcional al tamaño eléctrico de los blancos. Este hecho, junto con las características de frecuencia del aumento de ganancia de la antena, por lo general hace preferidas a las frecuencias de microondas para los sistemas del radar.

• Las varias resonancias moleculares, atómicas, y nucleares ocurren en las frecuencias microondas, creando una variedad de usos únicos en las áreas de la ciencias básicas, teledetección, diagnósticos y tratamiento médico, y así como también métodos de calefacción y hornos microondas (calentamiento).

Hoy la mayoría de los sistemas de comunicaciones operan en la banda de microondas: GPS, GSM,

DECT, DBS (Direct Broadcast Satellite), PCS (Personal Communication Systems), WLAN

(Wireless Local Area Networks), LMDS (Local Multipoint Distribution System). Las comunicaciones de RF/microondas son omnipresentes, sobre todo hoy en día cuando la conectividad inalámbrica se compromete a proporcionar los datos de voz y acceso a toda persona y en cualquier lugar, y en cualquier momento.

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“ÓPTICA APLICADA”

La óptica electromagnética estudia el comportamiento de la luz, considerando esta como un ente de carácter ondulatorio. La luz se propaga en forma de dos ondas vectoriales mutuamente acopladas, una onda para el campo eléctrico y otra para el campo magnético, y esta propagación de las ondas luminosas viene descrita por las ecuaciones de Maxwell para el campo electromagnético. Por tanto la luz es una onda transversal que se propaga en el vacío precisamente a la velocidad de la luz.

En ciertas situaciones es posible hacer uso de la óptica geométrica (óptica de rayos) para describir la propagación de la luz en instrumentos ópticos e incluso existe una aproximación conocida como óptica ondulatoria escalar que no tienen en cuenta el carácter vectorial de las ondas luminosas y que permite analizar permite analizar fenómenos como las interferencias y la difracción, Sin embargo, estas teorías de rayos y de ondas escalares son incapaces de proporcionar una descripción completa de la reflexión y refracción, ni describir los fenómenos de polarización, las cuales ponen de manifiesto el carácter transversal de las ondas luminosas.

La óptica electromagnética parte de identificar la luz como fenómeno electromagnético. En consecuencia la luz está gobernada por las ecuaciones de Maxwell.

Efecto Faraday.

El efecto Faraday (denominado a veces como rotación Faraday) fue descubierto en 1845 por el físico Michael Faraday, e intenta demostrar la interacción entre la luz y un campo magnético. El efecto describe cómo el plano de polarización de la luz puede cambiar y muestra cómo su alteración es proporcional a la intensidad del componente del campo magnético en la dirección de propagación de la onda luminosa.

El efecto Faraday, un efecto magneto-óptico, es la primera evidencia experimental de que la luz y el magnetismo están relacionados. Hoy en día la base teórica para definir esta relación se denomina Teoría electromagnética, y fue desarrollada por James Clerk Maxwell entre los años 1860 y 70. Este efecto ocurre en la mayoría de los materiales dieléctricos transparentes afectados por fuertes campos magnéticos (por ejemplo: 5 Tesla (50000 gauss) para hacer rotar la polarización 90 grados).

El efecto Faraday es resultado de una resonancia ferro magnética cuando la permeabilidad de un material se representa por un tensor. Esta resonancia provoca que las ondas se descompongan en dos rayos polarizados circularmente

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y que se propaguen con velocidades diferentes. Esta propiedad se conoce como birrefringencia circular. Los rayos se recombinan al llegar a la interface del medio, de tal forma que la onda resultante final tiene una rotación de su plano de polarización.

Calculo del efecto.

Para poder determinar el grado de giro del plano de polarización en los diferentes materiales, se emplea la siguiente fórmula:

Donde:

Β.- es el ángulo de rotación (en radianes)

B.- es flujo de densidad magnética en la dirección de propagación (en teslas)

d.- es la longitud del camino óptico (en metros)

.- Es la constante de Verdet del material. Este valor es una constante

empírica que muestra la proporcionalidad (en unidades de radianes por tesla y

por metro) entre el campo y la rotación del plano de polarización para varios

materiales. Un valor positivo de esta constante indica que el giro del plano será

levógiro (contrario a las agujas del reloj), y por el contrario un valor negativo

indica un giro dextrógiro (sentido de las agujas del reloj).

Algunos materiales, tales como las aleaciones transparentes de terbio y galio (denominadas abreviadamente como TGG), tienen un valor de la constante de Verdet extremadamente elevado (≈ −40 rad T-1 m-1). De esta forma, si se coloca una barra de este material en un intenso campo magnético, el ángulo de la rotación Faraday puede llegar a ser de 0.78 rad (45°). Este efecto permite la construcción del Rotator de Faraday, que tiene como propiedad aislar algunos componentes de la luz transmitida en una dirección. Aislantes similares se

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construyen en los sistemas de microondas empleando barras de ferrita en una guía de onda envuelta en un campo magnético.

Uso:

El efecto Faraday se considera de mucha importancia en campos tales como la astronomía, que lo emplea en la medición de la fuerza de campos magnéticos de púlsares de radio, que puede ser estimada mediante las medidas combinadas de la rotación del plano de polarización y los retrasos existentes entre los pulsos de radio en diferentes longitudes de onda. La misma información puede obtenerse en otros objetos estelares que no sean púlsares.

Si se considera que un rayo de luz pasa a través de un medio interestelar en el que existe una cierta cantidad de electrones libres, se puede observar cómo existe un índice de refracción que consiste en hacer que la luz se propague en dos modos polarizados circularmente. El efecto Faraday en las nubes interestelares, al contrario de lo que pasa en los líquidos y sólidos, tiene una simple dependencia con la longitud de onda de la luz (λ), de esta forma:

Donde el efecto global de esta perturbación, caracterizado por MR, Medida de la Rotación, indica el giro del plano de polarización en función de B y de la densidad de electrones, ne; ambos pueden variar a lo largo de la trayectoria lumínica, de esta forma se tiene que:

Donde:

e es el carga de un electrón

m es la masa de un electrón

c es la velocidad de la luz en el vacío

Las ondas de radio que pasan a través de la ionosfera están sujetas igualmente a rotación del plano de polarización según el efecto Faraday, y el efecto es proporcional al cuadrado de la longitud de onda. A 435 MHz (UHF), se puede esperar que las ondas hayan cambiado su plano de polarización en 1.5 rotaciones completas a causa del tránsito por la ionosfera, mientras que las ondas de 1.2 GHz lo hacen en cerca de un cuarto de una rotación completa.

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“FENOMENOS TERMOELÉCTRICOS”

Efecto termoeléctrico.

El efecto termoeléctrico es la conversión directa de la diferencia de temperatura a voltaje eléctrico y viceversa. Un dispositivo termoeléctrico crea un voltaje cuando hay una diferencia de temperatura a cada lado. Por el contrario cuando se le aplica un voltaje, crea una diferencia de temperatura (conocido como efecto Peltier). A escala atómica (en especial, portadores de carga), un gradiente de temperatura aplicado provoca portadores cargados en el material, si hay electrones o huecos, para difundir desde el lado caliente al lado frío, similar a un gas clásico que se expande cuando se calienta; por consiguiente, la corriente inducida termalmente.

Este efecto se puede usar para generar electricidad, medir temperatura, enfriar objetos, o calentarlos o cocinarlos. Porque la dirección de calentamiento o enfriamiento es determinada por el signo del voltaje aplicado, dispositivos termoeléctricos producen controladores de temperatura muy convenientes.

La interacción entre un fenómeno eléctrico y térmico se conoce desde el siglo XIX, cuando Joule observó que la materia ofrece cierta resistencia al movimiento de los electrones, los cuales ceden energía cinética al entorno en los sucesivos choques. Esta energía proporcionada por los electrones se disipa en forma de calor. Sin embargo, no es éste el único fenómeno de interacción termoeléctrica. Otros efectos son los denominados Seebeck, Peltier y Thomson.

El efecto Peltier fue descubierto en el año 1834 por el físico francés Peltier J. C. A. surgió sobre la base del descubrimiento del físico alemán Seebeck T.J. en 1821, quien observó que en un circuito formado por dos conductores distintos, cuyas uniones soldadas se encuentran en medios con temperaturas distintas, aparece entre ambos una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial es función de la naturaleza de los conductores y de la diferencia de temperaturas. Este dispositivo se conoce como termopar. La esencia del efecto Peltier, que básicamente es el contrario del efecto Seebeck, consiste en hacer pasar una corriente procedente de una fuente de energía eléctrica continua, a través de un circuito formado por dos conductores de distinta naturaleza, obteniéndose que una de sus uniones absorbe calor y la otra lo cede. El calor que cede el foco caliente será la suma de la energía eléctrica aportada al termoelemento y el calor que absorbe el foco frío. Estos termoelementos, configurados de este modo, constituyen una máquina frigorífica.

El efecto Thomson, descubierto en 1857 por Thompson W., consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor eléctrico, con un

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gradiente de temperaturas, por el cual circula una corriente eléctrica.

Ya en 1885 el físico inglés Rayleigh J.W. planteó la posibilidad del uso de dispositivos termoeléctricos como generadores de corriente eléctrica. Sin embargo, pese a que los fenómenos termoeléctricos son bien conocidos desde hace ya más de cien años, su desarrollo, tanto como generador de corriente o como refrigeración, estuvo totalmente frenado debido a los escasos rendimientos que se obtenían. Como consecuencia, la mayor parte de las aplicaciones termoeléctricas, que han ido desarrollándose desde hace más de 30 años han sido para campo militar, donde es más importante la robustez y precisión que la eficiencia o el coste. En el mercado civil actual, la refrigeración termoeléctrica tiene un sitio en aplicaciones de medicina, aparatos científicos y en dispositivos en los cuales la potencia de refrigeración es muy pequeña y de puntual aplicación.

Ecuaciones que gobiernan los fenómenos termoeléctricos: Efecto Seebeck, Peltier, Joule, Fourier y Thomson.

El efecto Joule.

La más conocida interacción entre un fenómeno eléctrico, la conducción de corriente eléctrica, y su fenómeno térmico asociado, el calentamiento del conductor por el que circula la corriente, es el Efecto Joule. La materia ofrece cierta "resistencia" al movimiento de los electrones, los cuales ceden energía cinética al entorno en los sucesivos choques. Esta energía proporcionada por los electrones se disipa en forma de calor. Sin embargo, no es éste el único fenómeno de interacción termoeléctrica. Otros efectos, que resumimos brevemente aquí, son los denominados Seebeck, Peltier y Thomson.

El efecto Seebeck.

Thomas J. Seebeck descubrió que en un circuito formado por dos metales distintos homogéneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, T y T+DT, aparece una corriente eléctrica J, o bien, si se abre el circuito una fuerza termo electromotriz (f.t.e.m) EAB que depende de los metales utilizados en la unión y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.

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La relación entre la f.t.e.m, EAB, y la diferencia de temperaturas entre las

uniones,T, define el coeficiente Seebeck, AB:

A(T) y B(T) son respectivamente las potencias termoeléctricas absolutas de A y B y son características de cada metal. En general, AB no es constante, sino que depende de la temperatura T.

El efecto Peltier.

El efecto Peltier consiste en el enfriamiento o calentamiento de una unión entre dos conductores distintos al pasar una corriente eléctrica por ella y que depende exclusivamente de la composición y temperatura de la unión.La potencia calorífica intercambiada en la unión entre A y B es:

Donde AB es el llamado coeficiente Peltier, que se define como el calor intercambiado en la unión por unidad de tiempo y de corriente que circula a través de la misma:

J: flujo de corriente eléctricaS: superficieT: temperatura absoluta (K)

A , B : coeficiente Seebeck de los materiales A y B respectivamente

El efecto Thompson.

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El efecto Thomson consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor eléctrico homogéneo, con una distribución de temperaturas no homogénea, por el que circula una corriente.

El flujo neto de potencia calorífica por unidad de volumen, en un conductor de resistividad r, con un gradiente longitudinal de temperatura, por el que circula una densidad de corriente J será:

Donde es el coeficiente Thomson. El primer término corresponde al efecto Joule, irreversible, mientras que el segundo expresa el efecto Thomson, reversible.Desarrollando esta expresión para obtener la relación entre el coeficiente Thomson y Seebeck y teniendo en cuenta las ecuaciones que rigen los efectos Peltier y Seebeck, se llega a

Quedando para la unión:

“MOTORES Y TRANSFORMADORES”

Motores eléctricos:

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El efecto motor básico se debe a los efectos combinados del campo magnético de un imán y el de una corriente eléctrica.Todos los motores eléctricos están divididos en dos partes:

Rotor, que es la parte que gira. Estator, que es la parte fija, que no se mueve y está unida a la carcasa.

Normalmente es el estator el inductor del movimiento, y el rotor el inducido, aunque puede ser a la inversa. El inductor genera un campo magnético por medio de varios imanes o de una o varias bobinas por las que pasa corriente.

El inducido está formado por una o varias bobinas que están dentro del campo magnético creado por el inductor.

El funcionamiento de un motor eléctrico de corriente continua en que el inductor esta en el estator y el inducido en el rotor es:

1. El inductor esta generando un campo magnético a partir de imán (campo magnético fijo).

2. Cuando circula corriente por el inducido, el rotor se magnetiza (tiene un polo norte y un polo sur fijos). Entre los polos norte y sur del estator y del rotor se genera una repulsión magnética que pone en movimiento el rotor, girando.

3. Cuando el rotor da media vuelta, cambia la polaridad de su circuito eléctrico, cambiando por tanto la polaridad del campo magnético del inducido, por lo que los campos magnéticos se vuelven a repeler.

Generadores de corriente eléctrica.

Este fenómeno se denomina inducción electromagnética.

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“Cuando varía el flujo magnético que atraviesa un circuito, se induce una f.e.m. en dicho circuito, que es proporcional a la velocidad con que varía dicho flujo”. (Ley de Faraday)

El campo magnético que induce una corriente eléctrica debe ser variable, para lo cual o bien se mueve el imán o bien se mueve el circuito (conductor).La principal aplicación práctica de este fenómeno son los generadores de corriente, pero tiene otras muchas como los transformadores.

El principio de funcionamiento de un generador o de una dinamo se basa en la generación de una f.e.m. (fuerza electromotriz) debido al movimiento de un cable conductor en el seno de un campo magnético.

Los generadores de electricidad son muy parecidos en su estructura a los motores eléctricos. Los generadores de corriente continua son idénticos a los motores de corriente continua, en cambio los de alterna varían más su estructura.

Cuando al girar el cable conductor en el interior del campo magnético la posición de la espira de cable es paralela a las líneas del campo magnético la f.e.m. es máxima, en cambio cuando es perpendicular es cero.

Transformador.

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Cómo se genera un campo magnético a partir de una corriente eléctrica y como se genera una corriente eléctrica a partir de un campo magnético (inducción electromagnética), es el transformador.

En un transformador, primero se genera un campo magnético en un solenoide o en un electroimán, ese campo magnético induce una corriente eléctrica en otro solenoide o electroimán. La inducción solo se genera cuando se produce una variación del campo magnético que influye sobre un circuito. En un generador este cambio era debido al movimiento del imán/electroimán o del circuito. En un transformador esto es producido por una corriente alterna, que cambia continuamente de dirección y valor, por lo que genera un campo magnético que también varía de polaridad e intensidad, debido a lo cual induce una corriente eléctrica.En un transformador hablamos de solenoide primario (donde se genera el campo magnético) y solenoide secundario donde se induce la corriente eléctrica. Si a ambos solenoides se les introduce un núcleo de hierro dulce, potenciamos el efecto del sistema.

La función de un transformador es aumentar o disminuir el valor de una tensión alterna. El valor de la tensión alterna de entrada será diferente que el de salida.Este comportamiento viene determinado por el número de espiras de cada una de las bobinas o solenoides.

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“CELDAS SOLARES”

El fenómeno que evidenció el comportamiento de la luz fue llamado efecto fotoeléctrico, y consiste en que algunos materiales son capaces de absorber energía solar en forma de fotones y luego esta energía se emite en forma de electrones, generando una corriente eléctrica. Este fenómeno y su teoría constituyen un pilar de la mecánica cuántica, que estudia los fenómenos a escala atómica (tales como la interacción entre la materia y la luz), pues evidencia, de manera dramática, la dualidad onda-partícula de la luz. Hasta entonces, había teorías que consideraban la luz como un fenómeno ondulatorio y otras que la consideraban un fenómeno corpuscular. Pero este fenómeno muestra la naturaleza dual de la luz: a veces onda, a veces partícula.

La radiación incidente sobre la superficie fotosensible puede ser electromagnética (luz infrarroja, visible, ultra violeta, rayos X o gamma), o radiación de partículas cargadas (electrones, protones, partículas alfa o beta).

La luz incidente sobre la superficie de ciertos materiales (el más usado es el silicio) da lugar a una corriente de electrones (a veces denominados fotoelectrones en consideración a su origen).

El flujo de electrones es una corriente continua unipolar (que no cambia de sentido), pero cuya intensidad es proporcional a la frecuencia (el color) de la luz incidente y es función de la energía de ligazón de un electrón a su red atómica, siendo este último un parámetro característico del material.

Una celda solar comercial es un sándwich de silicio dopado (mezclado) con fósforo (lado negativo) y boro (lado eléctricamente positivo).

El material que compone una celda solar debe ser semiconductor y esta debe estar cubierta por una rejilla capaz de formar un campo eléctrico positivo por un lado y negativo por el otro.

Cuando una celda es expuesta a la luz solar se debe exponer el lado negativo de ésta, y para que exista el debido flujo de electrones los fotones que inciden sobre la celda deben tener una energía mayor que la necesaria para liberar un electrón que compone el material de la celda.

Debe ocurrir que la energía de los fotones es mayor que la energía de ligazón de los electrones al material, que exista una juntura semiconductora que impida la recombinación de portadores positivos y negativos y que la vida media de los portadores permita sostener un flujo de corriente a través de una carga útil.

Para la fabricación de paneles solares se usa el silicio, que es el componente principal de la sílice (combinación de silicio y oxígeno que abunda en la naturaleza y que forma el cuarzo, el cristal de roca y otros) de las arenas de las playas. Luego

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de depurar el silicio, se fabrican bloques de silicio monocristalino (depende de las técnicas de fabricación), de los cuales se obtienen obleas que son dopadas con boro y luego con fósforo. Provistas de contactos eléctricos adecuados, se conectan con otras celdas y así se crean los grandes paneles o módulos solares de uso comercial e industrial.

Los paneles son recubiertos con vidrios especiales que pueden resistir el impacto del granizo, y son enmarcados en una estructura de aluminio, todo lo cual proporciona un soporte mecánico que facilita su manejo e instalación.

Efecto fotoeléctrico.

Se llama efecto fotoeléctrico al proceso de emisión de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando inciden sobre él las radiaciones de la luz (visibles y ultravioletas).

Las características de la emisión fotoeléctrica referida a un metal son:

La emisión de electrones es instantánea al incidir la luz sobre el metal.

El aumentar la intensidad luminosa se incrementa el número de electrones emitidos, pero no la velocidad de salida.

La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la frecuencia de la radiación incidente.

Para cada metal existe una cierta frecuencia umbral, por debajo de la cual no se produce emisión fotoeléctrica.

Hipótesis de Einstein, Los fotones, Cuantificación de la energía:

El efecto fotoeléctrico, descubierto por Hertz en 1887, demuestra que la energía luminosa transportada por las radiaciones que inciden en el metal se transforma en energía mecánica. Parte de esa energía mecánica se emplea en arrancar los electrones de la superficie del metal y parte se transforma en energía cinética de los electrones que salen expulsados con una velocidad (v).

La teoría ondulatoria de la luz no explica suficientemente el efecto fotoeléctrico ya que según esta teoría, la energía luminosa transportada por una radiación. Sin embargo, hemos dicho antes, que el umbral fotoeléctrico de pende de la frecuencia de la radiación excitatriz, y la mayor o menor iluminación del metal influye en el número de electrones impulsados, pero no en la velocidad que adquieren.

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De aquí que se buscara una explicación del fenómeno fotoeléctrico partiendo de la teoría de los quanta por el físico Alemán Marx Planck (1858 - 1947) en el año 1900. Según esta teoría la energía transportada por una radiación de frecuencia (f) es siempre un múltiplo entero del producto (h x f) donde (h) representa una constante universal que vale, en el S.I., h = 6,62 x 10 -34 Joules.s.

El, producto (h x F) constituye el cuanto de energía, es decir, la menor cantidad de energía que se puede obtener en una radiación de frecuencia (f): es como un átomo o grado de energía. Esto llevo a Einstein a replantear nuevamente la teoría corpuscular de la luz debido a Newton, diciendo que la luz consta de pequeños cuantos o gramos de energía, a los que llamó fotones.

Cada fotón de una radiación (luminosa) de frecuencia (f) transporta una energía.

E = h x f

Siendo:

E: Energía del fotón

h: Constante universal, llamada constante de Planck; su valor es 6,63x10 -34 joules.s

f: Frecuencia de la radiación.

Observamos que según ésta ecuación:

La energía radiante, tal como la luz, se propaga en paquetes de energía, cuyos tamaños son proporcionales a la frecuencia de la radiación.

La energía ha de ser absorbida o emitida por cuantos completos, no siendo admisibles fracciones del cuanto.

En definitiva la energía, igual que la materia, presenta una estructura discontinua. A partir de la teoría de Planck, todas las energías están permitidas, sino sólo aquellas que sean múltiples de (h).

La hipótesis de Planck ha sido confirmada y es una de la más fructíferas de toda la Física; la cual fue presentada en una Congreso de Berlín. Esta hipótesis, se basó en las radiaciones emitidas por cualquier fotón luminoso, indicando que no son un flujo continuo de ondas luminosas, sino una corriente de fotones individuales.

El Fotón lo podemos definir así: Un fotón es la unidad de radiación electromagnética con una longitud de onda y una frecuencia determinada, que posee una cierta cantidad de energía llamada “cuanto de energía”.

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Ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico.

El efecto fotoeléctrico explica fácilmente a partir de la hipótesis fotónica de la luz.

Al llegar a la superficie del metal, un fotón de frecuencia (f) correspondiente a la radiación lumínica, choca con un átomo y le arrancará un electrón si la energía del fotón ( E = h x f ) es mayor que el trabajo o energía de extracción del electrón (Eo)

La deferencia E - Eo entre la energía del fotón y la energía de extracción se convierte en energía cinética del metal expulsando con una velocidad (v). Por tanto:

E - Eo = ½ m v2, Es decir: E = Eo + ½ m v2

La energía del fotón (E) se emplea en arrancar el electrón del metal y comunicarle una energía cinética.

La energía correspondiente al valor del umbral fotoeléctrico (fo) será:

h x fo = Eo

EL efecto fotoeléctrico se produce cuando la energía de la radiación es igual o mayor que el umbral fotoeléctrico.

La frecuencia (f) en este caso, debe ser igual o mayor que (fo), frecuencia límite: fo = Eo/h, por debajo de la cual no es disponible obtener el efecto fotoeléctrico en el metal cuya energía de extracción vale Eo.

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CONCLUSION

Podemos entender la presencia de voltajes o corrientes no deseados que pueden aparecer en un equipo o en sus circuitos, como resultado de la operación de otro aparato eléctrico, o por fenómenos naturales. Algunos tipos de equipo electrónico simplemente tienden a generar la interferencia en el curso normal de funcionamiento. se puede manifestar de muchas maneras; por ejemplo cuando cae un rayo y este genera transientes o picos de voltaje muy elevados que dañan los equipos electrónicos, también aparece cuando los equipos se encuentran cerca de una fuente emisora electromagnética potente como puede ser una radio emisora o una estación de TV.

Hay muchos otros avances que se están dando en la actualidad, que son posibles gracias a la teoría electromagnética de Maxwell La historia de la electricidad y el magnetismo constituye el primer

ejemplo de un conjunto de teoría y experimentos puramente científicos que se transformó en una industria en gran escala.

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REFERENCIA ELECTRONICA

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/magnetismo/ap03_magnetismo.php

http://www.dell.com/downloads/global/corporate/environ/comply/emc_dellemc_eu_ce_spanish.pdf

http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm

http://www.abcpedia.com/cienciaytecnologia/energia/paneles-solares.html

http://www.slideshare.net/guest9a3b81/electromagnetismo-166063

http://teoriaelectro.blogspot.mx/

BIBLIOGRAFÍA

Jhon Kraus, Electromagnetismo, Mc. Graw Hill

William Hayt, Teoría electromagnetica, Mc. Graw Hill

Mercedes Pintos, Juan M. Ruso, Introduccion al electromagnetismo, Publicaciones e intercambios científicos, ed.III.

Braun, Eliézer. "Electromagnetismo: de la ciencia a la tecnología", Fondo de Cultura Económica, México, 1992