Instituto Politcnico NacionalEscuela Superior de Ingeniera Mecnicay Elctrica

Campos y ondas Electromagneticas

Profesor: Zavala Romero Eduardo AngelGrupo:3CV7Alumno:Sanchez Gutierrez Ruben

Practicas

PRACTICA # 1

Deteccin de Onda Electromagntica

FUNDAMENTOS TEORICOS.

Las ondas electromagnticas son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisin y telefona.Todas se propagan en el vaco a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizs esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilmetros prcticamente en el instante de producirse.Las ondas electromagnticas se propagan mediante una oscilacin de campos elctricos y magnticos. Los campos electromagnticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos.

Cmo se producen las ondas electromagnticas?Se produce siempre que en untomo un electrn salta de una rbita a otra ms cercana al ncleo. El vnculo existe porque la radiacin electromagntica est formada por energa elctrica y energa magntica en cantidades casi iguales, y la radiacin electromagntica se propaga por el universo como ondas interactivas de campos elctricos y magnticos. En relacin con su mbito de propagacin las ondas pueden clasificarse en:Monodimensionales:Son aquellas que, como las ondas en los muelles o en las cuerdas, se propagan a lo largode una sola direccin del espacio.Bidimensionales:Se propagan en cualquiera de las direcciones de un plano de una superficie. Se denominan tambin ondas superficiales y a este grupo pertenecen las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre l.Las ondas electromagnticas se pueden detectar debido a la energa que transportan. Asociada con cada onda en el espacio existe un conjunto de voltajes. Se pueden situar estos cargados en su trayectoria, con capacidad de moverse .n respuesta a los diferentes voltajes con que se encuentren, cuando la onda alcanza las cargas de deteccin, stas empiezan a moverse. De esta forma, extraen energa electromagntica de la onda y la convierten en energa cintica propia, cuando se observa movimiento en las cargas detectoras, sabemos que las ha alcanzado una onda electromagntica. El tipo de detector que se puede utilizar es muy variado puedenser los electrones que se encuentran en la antena de un automvil, o bien las cargas elctricas que poseen los tomos de la retina de nuestros ojos.AntenaUna antena es un dispositivo diseado para emitir o recibir ondas electromagnticas. La antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnticas y una receptora realiza la funcin inversa. Las caractersticas de las antenas dependen de la relacin entre sus dimensiones y la longitud de onda de la seal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Si las dimensiones de la antena son ms pequeas que la longitud de onda las antenas se denominanelementales, si tienen dimensiones de la mitad de longitud de onda se llaman resonantes, y si su tamao es mucho mayor que la longitud de onda son directivas. Un patrn de radiacin es un diagrama polar o grfica que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relacin con una antena. Si el patrn de radiacin se traza en trminos de la intensidad del campo elctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrn de radiacin absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relacin al valor en un punto de referencia, se llama patrn de radiacin relativo.

Campos Cercanos y LejanosEl campo de radiacin que se encuentra cerca de una antena no es igual que el campo deradiacin que se encuentra a gran distancia. El termino campo cercano se refiere al patrn de campo que esta cerca de la antena, y el termino campo lejano se refiere al patrn de campo que est 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 est en el campo cercano regresa a la antena. Esta accin es similar a la forma en que un inductor guarda y suelta energa. Por tanto, el campo cercano se llama a veces campo de induccin. La potencia que alcanza elcampo lejano contina irradiando lejos y nunca regresa a la antena por lo tanto el campo lejano se llama campo de radiacin. La potencia de radiacin, por lo general es la ms importante de las dos, por consiguiente, los patrones de radiacin de la antena, por lo regular se dan para el campo lejano.Cuando queremos realizar algunas aplicaciones como para comunicaciones va satlite o la telefona mvil, la transmisin se hace a travs de la atmsfera o el espacio libre con antenas trasmisoras y receptoras.La trasmisin de seales con antenas ofrece algunas ventajas importantes:

La velocidad de propagacin es la de la luz en el espacio libre

Puede hacerse con muy poca disipacin y dispersin. Deteccin de Onda Electromagntica

Los sistemas son de mantenimiento relativamente fcil Y las desventajas son:

La falta de privacidad en la comunicacin.

La gran atenuacin de la seal en la atmsfera terrestre para ciertos rangos defrecuencia.Y el gran tamao de las antenas para aplicaciones en bajas frecuencias o pararecepcin de seales de baja potencia.Como regla general, podemos decir que el tamao de una antena es similar a la longitud de onda de la seal que debe transmitirse/recibirse, por lo que para aplicaciones en altasfrecuencias se puede usar antenas de tamao reducido.

Antena de Cuerno.La antena de microondas ms comn es la antena de cuerno; es una gua de onda acampanada. El cuerno aporta ganancia. Mejora mucho cuando se usa en combinacin con un reflector parablico. Las guas de onda son el tipo de lnea de transmisin mas usado con seales de microondas que predomina. Abajo de unos 6 GHz puede usarse cable coaxial especial de manera eficaz si las distancias se mantienen cortas. Las antenas de microondas deben ser una extensin de una gua de onda o ser compatibles con ella. Una gua de onda actuara como un radiador deficiente si solo se deja abierta al final; el problema de usar una gua de onda como radiador es que proporciona un acoplamiento de impedancia ineficaz con el espacio libre, lo cual representa un desacoplamiento que produce ondas estacionarias y reflexin de potencia. En consecuencia, hay una importanteperdida de potencia de la seal radiada. Puede resolverse mediante el recurso simple de acampanar el extremo de una gua de onda. El acampanado crea una "antena de cuerno", cuanto mas sea el acampanado, mejor ser elacoplamiento de impedancia y menores las perdidas.

OBJETIVO:Detectar la seal emitida por la unidad transmisora e investigar la forma en que radia la antenatipo cuerno.

MATERIAL:Sistema de antenas.Flexmetro.Transportador.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. Alejar la unidad receptora de 5 en 5 cm. 2. Regresar nuevamente la unidad receptora de 15 en 153. Girar la unidad receptora de 10 en 10 en un sentido.4. Regresar al inicio de 15 en 15 al inicio

1)

D(cm)051020253035404550 55

I2.00 mA1.90 mA1.80 mA1.60 mA 1.40 mA1.30 mA1.25 mA1.20 mA1.00 mA0.80 mA0.60 mA

2)D (cm)I (mA)

550.60

401.20

251.40

101.80

02.00

3)I(mA)

02.00

101.50

201.00

30.90

40.80

50.70

60.50

70.30

80.20

900

4)I(mA)

900

75.50

60.70

45.90

301.30

151.70

02.00

CONCLUSIONESEn esta prctica en la que aprendimos a manejar las entenas de tipo cuerno que transmiten ondas, pudimos realizar un par de experimentos para comprobar sufuncionalidad y tener una visin ms clara de cmo se transmiten estas ondaselectromagnticas. En la primera parte de esta prctica, se colocaron las antenas frente a frente para que transmitieran correctamente las ondas, se tom una distancia entre ellas para que fuera la referencia la cual marcaba 2 mA con estas medidas como condiciones iniciales procedimos a realizar el experimento el que consisti en alejar la antena que reciba las seales para poder observar como variaba la corriente, lo que se pudo observar fue que esta disminuyo hasta llegar a sealar 0 mA. Con esto comprobamos como es que la intensidad del campoelctrico que transmita la antena fue disminuyendo. En la segunda parte, la antena que se movi fue la transmisora la cual se tuvo que girar unos grados hacia la izquierda para observar nuevamente como variaba el campo conayuda de la otra antena que se qued fija. Se repiti este procedimiento pero ahora girando la antena hacia la derecha y tomando las medidas a los mismos grados que se hizo anteriormente, al trmino de estos procedimientos, notamos como el campo tambin fue disminuyendo en los dos casos.Con esto nos dimos cuenta exactamente cmo es que este tipo de antenas transmite las ondas electromagnticas y de cmo es el campo de estas, ya que fue claro como no fue el mismo a una distancia cercana a una mayor ytambin notamos como es importante que no tuviera algn tipo de interferencia entre las antenas para que se recibiera correctamente las seales. La prctica nos deja una mejor comprensin de este tipo de ondas y antenas.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.jfrutosl.es/paginas/fisica/documentos/complementos%20electromagnetismo/Ondas%20electromagneticas.pdfhttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/ondasEM/ondasEleMag_indice.htmTtulo : Ondas electromagnticas, Autor: Jos-Luis Daz Fernndez

PRACTICA# 2

Atenuacin de una OEMObjetivo: Se realizara la medicin amplitud de la O.E.M. cuanto mayor sea su distancia.Material:1. Microondas.2. 1 placa de mica.3. 1 placa de madera. 4. 1 placa de vidrio.5. 1 placa de aluminio.6. Hoja de papel.7. Hoja de papel mojado.La atenuacin es descrita matemticamente por la ley del cuadrado inverso que describe cmo es que se reduce la densidad de potencia con la distancia a la fuente. El campo electromagntico continuo se dispersa a medida que el frente de onda se aleja de la fuente, lo que hace que las ondas electromagnticas se alejen cada vez ms entre s, en consecuencia, la cantidad de ondas por unidad de rea es menor. Cabe destacar que no se pierde ni se disipa nada de la potencia irradiada por la fuente a medida que el frente de onda se aleja, sino que el frente se extiende cada vez ms sobre un rea mayor lo que hace una prdida de potencia que se suele llamar atenuacin de la onda. La atenuacin de la onda se debe a la dispersin esfrica de la onda, a veces se le llama atenuacin espacial de la onda. En el siguiente video se aprecia un ejemplo visual de la atenuacin, mientras tanto en la figura 1 se muestra la grfica comn de la Atenuacin de las ondas al propagarse.

Procedimiento.1. Colocar las unidades a 3mA2. Alejar la U.R de 10cm3. en 10cm4. Girar la U.R. de 30 en 30

Mica MaderaVidrioAluminioPapelPapel MojadoParafina

0.8.6.4.4.15.5.4.4.15.15

10.4.3.2.2.12.3.3.3.15.12

20.3.2.19.18.12.2.2.2.15.12

30.2.2.17.15.12.17.17.17.1.1

40.1.2.17.15.12.17.15.15.1.1

50.1.2.15.15.12.17.12.15.1.1

60.1.1.15.1.1.15.12.15.1.1

0.8.6.4.4.15.5.4.4.15.15

30.1.17.15.15.15.15.12.15.12.12

60.05.17.15.12.15.1.1.15.12.1

90.05.17.1.12.15.1.1.1.12.1

Errores sistemticosAlgunos posibles errores sistemticos que pudieron surgir en la presente prctica son:Posible defecto en el instrumento de medicin (La antena y el miliampermetro) debido al desgaste producido por el constante uso.Error de paralaje: En este caso debido a que se tena que observar desde un cierto punto los ngulos.Mala calibracin del miliampermetro debido al uso frecuente por los distintos grupos.Error de escala: En este caso debido a que el transportador, utilizado no era de mucha precisin.

CONCLUSIONESEn esta prctica se pudo apreciar por medio de mediciones la atenuacin de la onda electromagntica. Se realiz el experimento solo alejando de 10cm en 10cm y aplicando un movimiento en los grados de 30, 60, 90.Despus se hizo el mismo procedimiento pero con diferentes materiales como se pudo observar anteriormente en la tabla, que por medio de los resultados se pueden ver las variaciones dependiendo el material que se ocupe y entre ms grueso este el material es menor el ampermetro

PRACTICA# 3 y 4

Polarizacin de onda electromagntica

Objetivo:Verificar experimentalmente que la seal electromagntica (onda) que emite la UT presenta polarizacin lineal vertical.

Material:Equipo bsicoRejilla circular con tramos conductores abatibles1 soporte

Conceptos y fundamentos tericos

LAPOLARIZACIN DE UNA ONDA ELECTROMAGNTICALapolarizacin electromagnticaes un fenmeno que puede producirse en lasondas electromagnticas, como laluz, por el cual el campo elctricooscila slo en un plano determinado, denominadoplano de polarizacin. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la direccin de propagacin de la onda y otro perpendicular a esa misma direccin el cual indica la direccin del campo elctrico.En una onda electromagntica no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo deonda transversalsin polarizar, elcampo elctrico oscila en todas las direcciones normales a la direccin de propagacin de la onda.Lasondas longitudinales, como lasondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilacin se produce en la misma direccin que su propagacin.

ONDA PLANA TRANSVERSALUnaonda transversales unaondaen movimiento que se caracteriza porque sus oscilaciones ocurren perpendiculares a ladireccinde propagacin. Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van en direccin arriba y abajo que estn en el plano y-z.Manteniendo una traza comparamos la magnitud del desplazamiento en instantes sucesivos y se aprecia el avance de la onda. Transcurrido un tiempo la persistencia de la traza muestra como todos los puntos pasan por todos los estados de vibracin.Sin embargo para conocer cmo cambia el desplazamiento con el tiempo resulta ms prctico observar otra grfica que represente el movimiento de un punto. Los puntos en fase con el seleccionado vibran a la vez y estn separados por unalongitud de onda. La velocidad con que se propaga la fase es el cociente entre esa distancia y el tiempo que tarda en llegar. Cualquier par de puntos del medio en distinto estado de vibracin estn desfasados y si la diferencia de fase es 90 diremos que estn en oposicin. En este caso los dos puntos tienen siempre valor opuesto del desplazamiento como podemos apreciar en el registro temporal. Este tipo de onda transversal igualmente podra corresponder a lasvibraciones de loscampos elctricoymagnticoen lasondas electromagnticas. Una onda electromagntica que puede propagarse en el espacio vaco no produce desplazamientos puntuales de masa. Son ondas transversales cuando una onda por el nodo se junta con la cresta y crea una gran vibracin.

TIPOS DE POLARIZACION

1. Polarizacin linealEn la figura de la izquierda, la polarizacin es lineal y la oscilacin del plano perpendicular a la direccin de propagacin se produce a lo largo de una lnea recta. Se puede representar cada oscilacin descomponindola en dos ejes X e Y. La polarizacin lineal se produce cuando ambas componentes estn en fase (con un ngulo de desfase nulo, cuando ambas componentesalcanzansus mximos y mnimos simultneamente) o en contrafase (con un ngulo de desfase de 180, cuando cada una de las componentes alcanza sus mximos a la vez que la otra alcanza sus mnimos). La relacin entre las amplitudes de ambas componentes determina la direccin de la oscilacin, que es la direccin de la polarizacin lineal.

2. Polarizacin circularEn la figura central, las dos componentes ortogonales tienen exactamente la misma amplitud y estn desfasadas exactamente 90. En este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su amplitud mxima o mnima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen estaexigencia, de forma que la componente x puede estar 90 adelantada o retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o antihorario) en el que gira el campo elctrico depende de cul de estas dos relaciones se d. En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la punta del vector de campo elctrico tiene la forma de una circunferencia, por lo que en este caso se habla de polarizacin circular.

3. Polarizacin elpticaEn la tercera figura, se representa la polarizacin elptica. Este tipo de polarizacin corresponde a cualquier otro caso diferente a los anteriores, es decir, las dos componentes tienen distintas amplitudes y el ngulo de desfase entre ellas es diferente a 0 y a 180 (no estn en fase ni en contrafase).

DESARROLLO PRACTICO

1. Coloca el equipo bsico en una distancia (10-15) cm determinada en posicin de lectura entre los (2-3)mA recomendacin, evita que la aoja se mueva bruscamente

2. Ahora con la rejilla circular y con ayuda del soporte situar esta, entre el UT y UR a 0o (la rejilla) y as sucesivamente cada 15o hasta llegar a los 90o.

3. Realiza una tabla informativa para hacer las correspondientes anotaciones que sufre la onda electromagntica con respecto a la variacin de los diferentes grados.

2. MEDICIONES

Tabla de valores medidos.Posicin varillaI (mA)10cm

Angulo en gradosValor obtenido

03

151.2

301.3

451.8

602

752.4

902.6

RESULTADOS

En esta imagen se observa que la rendijilla esta en cero grados (vertical) lo cual emite una seal desviada y por consiguiente registra una corriente de 1.2 mA

Como se observa en la imagen la rendijilla esta horizontal y con 90 grados emitiendo una onda registrada de 2.8 mA Indicndonos una ondaresultante polarizada linealmente est siendo transmitida.

FUENTES DE ERROR DURANTE EL DESARROLLO DE LA PRCTICA

Errores sistemticosAlgunos posibles errores sistemticos que pudieron surgir en la presente prctica son:Posible defecto en el instrumento de medicin (La antena y el miliampermetro) debido al desgaste producido por el constante uso.Error de paralaje: En este caso debido a que se tena que observar desde un cierto punto los ngulos.Mala calibracin del miliampermetro debido al uso frecuente por los distintos grupos.Error de escala: En este caso debido a que el transportador, utilizado no era de mucha precisin.

CONCLUSIONESSegn las actividades realizadas, pudimos darnos cuenta como la rejilla afecta o ayuda en ciertos grados a que fluyan los campos y que pasen las ondas o sean desviadas a causa de las rejillas y la posicin que esta tenga. Adems comprendimos el comportamiento de una onda al polarizarse, y los valores de lectura que tomaba conforme bamos girando la rejilla, fueron como en un principio se esperaba, con esto se ha comprobado la teora vista en clase y los fenmenos que se producen a partir de esto.

PRACTICA# 5

REFLEXION Y REFRACCIONFUNDAMENTOS TEORICOSReflexin

La reflexin de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstculogrande, como una pared. Aunque el obstculo absorba parte de la energa recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce tambin reflexin en la que se transmite de vuelta parte de la energa a las partculas del medio incidente.

En la figura adjunta se representa un frente de ondas plano llegando a una superficie horizontal con un cierto nguloide incidencia (se mide con respecto a la direccin normal, N) De acuerdo con el principio de Huygens, cuando el frente de ondas empieza a "tocar" la superficie, el punto A se convierte en un nuevo foco que emite ondas secundarias y segn transcurre eltiempoy el frente AB va incidiendo, repiten este comportamientotodos lospuntos de la superficie comprendidos entre A y C. El frente de ondas reflejado, DC, es el envolvente de las ondas secundarias que se han ido emitiendo durante un tiempo igual al periodo desde el tramo ACde la pared.

Aplicando leyes degeometra elementalal proceso, se llega a la conclusin de que el ngulo de incidenciaies igual al ngulo de reflexinr(ley de la reflexin) Puedes consultar ladeduccinde esta ley en eldocumento vinculado.

Refraccin

La refraccin de una onda consiste en el cambio de direccin que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de direccin se produce como consecuencia de la diferentevelocidadde propagacinque tienela onda en ambos medios.

Para describir formalmente la refraccin deondas luminosas(no mecnicas) se define el ndice de refraccin de un medio,n, indicando el nmero de veces que la velocidad de la luz es mayor en elvacoque en ese medio. Es decir, el ndice de refraccin es igual a 1 en el vaco (donde la luz tiene su mxima velocidad,300000 Km/s) y mayor que la unidad en cualquier otro medio. En eldocumento vinculadose deduce la ley de la refraccin, expresada en funcin del ndice de refraccin (ley de Snell).Normalmente la reflexin y la refraccin se producen de forma simultnea. Cuando incide una ondasobrela superficie de separacin entre dos medios,los puntosde esa superficie actan como focos secundarios, que transmite la vibracin entodas lasdirecciones y forman frentes de onda reflejados y refractados. La energa y la intensidad de la onda incidente se reparte entre ambos procesos (reflexin y refraccin) en una determinada proporcin.

En la figura adjunta se representa la refraccin de una onda plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la velocidad de propagacin es menor en elsegundomedio que en el primero.A medidaque el frente de ondas AB va incidiendo en la superficie de separacin, los puntos AC de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibracin hacia el segundo medio. Debido a que la velocidad en el segundo medio es menor, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma un frente de ondas EC, en el que el punto E est ms prximo a la superficie de separacin que el B. En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se desvan acercndose a la direccin normal N.Mediante un razonamiento similar se comprueba que la desviacin de la direccin de propagacin tiene lugar en sentido contrario cuando la onda viaja de un medio donde su velocidad de propagacin es menor a otro en el que es mayor.

OBJETIVO:Detectar reflexin y reflexin de la seal emitida por la unidad transmisora e investigar la forma en que radia la antena tipo cuerno.

MATERIAL:Sistema de antenas.Flexmetro.Transportador.Base de madra, plstico y metal.

DESARROLLO EXPERIMENTAL: 1. Mover las 2 unidades de 30 en 30 grados2. Medir la intensidad de la seal 3. Colocar la base de manera de todas las posiciones posibles y medir la intensidadRESULTADOSTipo de Placa: AluminioAngulo en Grados ()Intensidad

03 mA

301.4 mA

60.6 mA

Tipo de Placa: PlsticoAngulo en Grados ()Intensidad

03 mA

30.6 mA

60.2 mA

Tipo de Placa: Aluminio, Plstico, AluminioAngulo en Grados ()Intensidad

03 mA

301.4 mA

60.8 mA

Tipo de Placa: Plstico, Aluminio, PlsticoAngulo en Grados ()Intensidad

03 mA

30.7 mA

60.4 mA

CONCLUSIONESEn esta practica pudimos comprobar el efecto de refraccin y reflexin sobre las ondas con diferentes tipo de material como lo fue el acrlico y el metal en el primero se pudo observar el efecto de refraccin ya que es un material transparente y las onda pasan mientras que en el metal se pudo observar el efecto de reflexin.