PRÁCTICA 1

PRESENCIA Y DETECCIÓN DE LA ENERGÍA ELECTROMAGNETICA NOMBRE covarrubias gallegos iudam tadeo ramirez de sanches cinthya Introducción Actualmente la comunicación via satelite es tan cotidiana y elemental para la mayoria de la población, es por ello que es realmente importante conocer el funcionamiento de lo dicho. Las ondas electromagnéticas son la base de las comunicaciones satelitales y no satelitales, están se propagan por el medio, derivadas de un emisor y entregadas a un receptor, la distancia entre estos puede variar, esto representa una condición entre los receptores y emisores tanto como en las antenas, estas condiciones dependen de diversos factores que se conoce como patrón de radiación, el cual se vera a detalle a continuación complementado de practicas experimentales. PRESENCIA Y DETECCIÓN DE LA ENERGÍA ELECTROMAGNETICA Introducción teórica: ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Una onda que viaja a lo largo del eje x con una rapidez, satisface la ecuación de onda: Que más adelante se resolverá. Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos dependientes del tiempo también satisfacen la ecuación de onda. De la ley de Maxwell-Ampere se desprende que B acompaña a un campo E que varía. En este acoplamiento se encuentra la base de las ondas electromagnéticas. Hay dos maneras de representar una onda electromagnética plana: En la imagen se ve la longitud de un vector que varía en forma sinusoidal. Para una onda plana que se desplaza en dirección x, el valor de B y E son los mismos en todos los puntos de cualquier plano yz. En el segundo método la densidad de las líneas de campo indican las intensidades variables de estos, si se colocara un alambre recto se produciría una corriente oscilatoria. Este fenómeno se puede observar con mayor claridad en las antenas para la recepción de señal de radio y TV. Propagación de onda y atenuación Las ondas electromagnéticas se constituyen de un campo eléctrico variable con el tiempo que genera un campo magnético , que a su vez induce a un campo eléctrico y así sucesivamente, lo que produce que la energía se propague. Es un campo que se propaga y que contiene energía. Para una onda plana en el espacio, las líneas de campo magnético y eléctrico: · Se encuentran en todas partes. · Son perpendiculares ( una con la otra. · El plano que forman es perpendicular a . · y están en fase El espectro electromagnético En un principio, se puede generar y detectar ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia. Todas las ondas electromagnéticas se agrupan en el espectro electromagnético. Una onda electromagnética se genera por cargas en movimiento acelerado. Algunos de los mecanismos generadores son: ü Radiación por antenas. ü Radiación por desaceleración. ü Transiciones electrónicas. ü Decaimiento gamma ü Radiación de cuerpo negro. Para este caso nos enfocaremos a la radiación por antenas, en la cual explicaremos a que se refiere. Radiación por antenas La antena está conectada a un potencial alterno, que varía la frecuencia a la que se transmitirá la onda, y lleva la información que se transmitirá. Los electrones en la antena se aceleran y radian una onda electromagnética. Para mayor eficiencia de radiación (menos pérdidas), la antena debe ser de longitud igual a media longitud de onda o de un cuarto de longitud de onda. Fibra optica Los sistemas basados en líneas de transmisión y guías de onda son imprácticos para comunicaciones de largas distancias y altas frecuencias, por alta disipación de energía en línea, y por la imposibilidad de tender una guía de onda en distancias más grandes que unos cuantos metros. Para estas aplicaciones, los sistemas de transmisión usan fibra óptica, un conductor dieléctrico que confina o guía una onda electromagnética por medio de reflexión total. La forma en que funciona un sistema de fibra óptica es la siguiente: El transmisor procesa una señal eléctrica; está señal se usa para modular la intensidad de una fuente de luz, que es por lo general un láser semiconductor. Esta luz modulada se transmite a través de fibra óptica, en casos típicos con muy poca disipación y dispersión. Podemos esquematizar lo antes mencionado de la siguiente manera:zctg Antena Una antena es un dispositivo diseñado para emitir o recibir ondas electromagnéticas. La antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas y una receptora realiza la función inversa. Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son más pequeñas que la longitud de onda las antenas se denominan elementales, si tienen dimensiones de la mitad de longitud de onda se llaman resonantes, y si su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda son directivas. En el estudio de antenas es importante conocer lo que es el patrón de radiación. Diagrama de radiación o Patrón de radiación Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo. Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son: Dirección de apuntamiento: Es la de máxima radiación. Directividad y Ganancia. Lóbulo principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación. Lóbulos secundarios: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal. Ancho de haz: Es la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad. Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario. Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma dirección y sentido opuesto. Campos Cercanos y Lejanos El campo de radiación que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo de radiación que se encuentra a gran distancia. El termino campo cercano se refiere al patrón de campo que esta cerca de la antena, y el termino campo lejano se refiere al patrón de campo que está a gran distancia. Durante la mitad del ciclo, la potencia se irradia desde una antena, en donde parte de la potencia se guarda temporalmente en el campo cercano. Durante la segunda mitad del ciclo, la potencia que está en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energía. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que alcanza el campo lejano continúa irradiando lejos y nunca regresa a la antena por lo tanto el campo lejano se llama campo de radiación. La potencia de radiación, por lo general es la más importante de las dos-, por consiguiente, los patrones de radiación de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano. Cuando queremos realizar algunas aplicaciones como para comunicaciones vía satélite o la telefonía móvil, la transmisión se hace a través de la atmósfera o el espacio libre con antenas trasmisoras y receptoras. La trasmisión de señales con antenas ofrece algunas ventajas importantes: · La velocidad de propagación es la de la luz en el espacio libre · Puede hacerse con muy poca disipación y dispersión. · Los sistemas son de mantenimiento relativamente fácil Y las desventajas son: · La falta de privacidad en la comunicación. · La gran atenuación de la señal en la atmósfera terrestre para ciertos rangos de frecuencia. · Y el gran tamaño de las antenas para aplicaciones en bajas frecuencias o para recepción de señales de baja potencia. Como regla general, podemos decir que el tamaño de una antena es similar a la longitud de onda de la señal que debe transmitirse/recibirse, por lo que para aplicaciones en altas frecuencias se puede usar antenas de tamaño reducido. Ya enterados de lo anterior procedemos a detallar el desarrollo de la práctica. Desarrollo de la práctica Objetivos: Visualizar el comportamiento de la energía electromagnética en función de la distancia, y graficar el patrón de radiación. Equipo y material empleado: Ø Microwave trainer MWT530 Feedback No. De serie S30/17/5 Alterado Ø Flexómetro Ø Papel polar Ø Papel milimétrico Procedimiento: I I.1 A distancia cero de referencia en metros, se establece la lectura de 1mA. I.2 Retiramos la antena receptora de 5 cm en 5 cm y tomar lecturas. I.3 Graficar según las lecturas tomadas. I.4 Comparar la gráfica de las lecturas tomadas con la gráfica de I (t)= . II II.1 A una distancia de referencia tomamos la lectura (1mA). II.2 Girar la antena transmisora de 5º en 5º y tomar lecturas. II.3 Graficar en papel polar. TABLA DONDE SE MIDEN LAS CORRIENTES RECIBIDAS DISTANCIA CORRIENTE d(m) I(mA) 0.507 1 0.557 0.65 0.607 0.43 0.657 0.4 0.707 0.21 0.757 0.2 0.807 0.19 0.857 0.17 0.907 0.10 0.957 0.05 1.007 0.03 1.057 0.01 GRAFICA DE LA CORRIENTE MEDIDA CONTRA LA DISTANCIA II. Tabulación la corriente tomando los ángulos. I(mA) 75º 0 80º 0.02 85º 0.45 90º 1 95º 0.65 100º 0.40 105º 0.02 110º 0 90° OBSERVACIONES Al momento de elaborar esta practica, notamos que los materiales que utilizamos no están en buen estado, ya que tienen errores de calibración, medición aunado a los errores de mediciones comunes. Nos percatamos que al momento de hacer las medidas no son tan precisas ya que no se podían observar con claridad. Las medidas tomadas cabe aclarar son aproximaciones mas no son medidas exactas, esto se puede confirmar en la diferencia entre las graficas practicas y las graficas analíticas. Al término de la práctica observamos las discrepancias en resultados, con compañeros que siguieron los mismos pasos que nosotros y consideramos que se debe a las diferentes generalidades de cada aparato. CONCLUSIONES Con los obtenido anteriormente podemos afirmar que las ondas electromagnéticas siempre van a estar acompañadas de un campo magnético y eléctrico y que se pueden propagar por medio de fibra óptica y de antenas, entre otras. Como lo vimos experimentalmente, aunque a simple vista no fuera apreciable, las ondas electromagnéticas se detectaban gracias a las lecturas obtenidas. Además de que la intensidad detectada puede variar, esto depende del ángulo en que sean tomadas las lecturas además de la separación entre los receptores de la onda. De igual manera puede ser observado cotidianamente en la televisión digital o en la telefonía móvil, cabe mencionar que el estudio de este fenómeno, resulta verdaderamente importante en el mundo actual ya que la mayoría de la tecnología que hace funcionar a todo un sistema depende de dicho estudio.