Transcript

TITULO

ONDAS ELECTROMAGNTICAS LABORATORIO DE FISICA MODERNAUNIVERSIDAD DE LA GUAJIRAFACULTAD DE INGENIERIA- PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIALIV SEMESTRE

ABSTRACT

This report will talk about electromagnetic waves and some of the features that these throw us according to the laboratory conducted within the program of waves, such as: amplitude, wavelength, period, and speed among others. The data obtained and recorded in the tables show the different changes in the magnetic field or electric field according to the variation of the data in each case. Likewise for each data structure their wave functions in the two media, the region of the spectrum to which belongs wave, which propagates the middle and the relationship of this.

Informe de Laboratorio 2INTRODUCCIN

Una onda electromagntica es la forma de propagacin de la radiacin electromagntica a travs del espacio; Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. A diferencia de las ondas mecnicas, las ondas electromagnticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vaco. Esto es debido a que las ondas electromagnticas son producidas por las oscilaciones de un campo elctrico, en relacin con un campo magntico asociado.

El descubrimiento de las ondas electromagnticas fue uno de los avances ms importantes del siglo XIX. CuandoMaxwellpostul la existencia de estas ondas consigui aclarar el problema de la naturaleza de la luz, y adems unir la electricidad, el magnetismo y la ptica en una misma rama. Sin embargo no pudo demostrar su existencia, fueHertz20 aos despus, en 1887, el primero en producir ondas electromagnticas y con ello confirmar las leyes deMaxwell.

El trabajo se fundamenta en las ondas electromagnticas, como funcionan y que las caracterizan. Las ondas electromagnticas siendo un campo de tantas trascendenciasy de alta cobertura haremos su nfasis en cada una de sus caractersticas como lo son La longitud, el periodo, la velocidad, y la amplitud. Utilizando para ello un programa de ondas el cual nos arrojara diferentes datos de los tems antes mencionados, analizaremos los resultados y asimismo se estructuraremos las diferentes funciones senoidales para cada caso.

FUNDAMENTOS TERICOS

Las cargas elctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnticasEl campo elctrico originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, la aceleracin de la carga y del seno del ngulo que forma la direccin de aceleracin de la carga y a la direccin al punto en que medimos el campo.

En la teora ondulatoria, desarrollada por Huygens, una onda electromagntica, consiste en un campo elctrico que vara en el tiempo generando a su vez un campo magntico y viceversa, ya que los campos elctricos variables generan campos magnticos (ley de Ampre) y los campos magnticos variables generan campos elctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a travs del espacio, con campos magnticos y elctricos generndose continuamente. Estas O.E.M. son sinusoidales (Curva que representa grficamente la funcin trigonomtrica seno), con los campos elctrico y magntico perpendiculares entre s y respecto a la direccin de propagacin.

Caractersticas de la radiacin E.M.

La radiacin electromagntica es una combinacin de campos elctricos y magnticos oscilantes, que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiacin electromagntica se puede propagar en el vaco. En el siglo XIX se pensaba que exista una sustancia indetectable, llamada ter, que ocupaba el vaco y serva de medio de propagacin de las ondas electromagnticas. El estudio terico de la radiacin electromagntica se denomina electrodinmica y es un subcampo del electromagnetismo.

Los campos producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar las fuentes y viajar a travs del espacio (en el vaco) crendose y recrendose mutuamente. Lo explica la tercera y cuarta ley de Maxwell.

Origen y propagacin de las O.E.

Una carga elctrica acelerada crea un campo elctrico variable y, como explican las leyes de Maxwell, los campos pueden abandonar la fuente que los produce y viajar por el espacio sin soporte material.Los campos no necesitan un medio deformable que vibre a su paso, lo nico que vibra son los valores de los campos E y B en cada lugar.En efecto, un campo elctrico variable engendra un campo magntico variable que, a su vez, engendra otro elctrico y as avanzan por el espacio.Las ondas electromagnticas, son ondas transversales en donde el campo elctrico y el campo magntico son perpendiculares entre s, y a su vez perpendiculares a la direccin de propagacin. No necesitan por tanto soporte material para su propagacin hacindolo incluso a travs del vaco.Propiedades de las ondas electromagnticas.

Para su propagacin, las O.E.M. no requieren de un medio material especfico. As, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas.Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnticas se desplazan en el vaco a la velocidad de la luz (c = 299.792 km/s.), hasta que su energa se agota.

A medida que la frecuencia se incrementa, la energa de la onda tambin aumenta. Todas las radiaciones del espectro electromagntico presentan las propiedades tpicas del movimiento ondulatorio, como la difraccin y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonsimas de metro hasta muchos kilmetros. La longitud de onda () y la frecuencia (f) de las ondas electromagnticas, relacionadas mediante la expresin .f=c son importantes para determinar su energa, su visibilidad, su poder de penetracin y otras caractersticas.

Caractersticas principales de las ondas electromagnticas.

Las tres caractersticas principales de las ondas que constituyen el espectro electromagntico son:

Frecuencia (f)Longitud ()Amplitud (A)

Frecuencia

La frecuencia de una onda responde a un fenmeno fsico que se repite cclicamente un nmero determinado de veces durante un segundo de tiempo.

La frecuencia y el periodo estn relacionados de la siguiente manera:

T.- Perodo: tiempo en segundos que transcurre entre el paso de dos picos o dos valles por un mismo punto, o para completar un ciclo.

V.-Velocidad de propagacin: Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de propagacin de la luz en el vaco, se representa con la letra c. La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda estn relacionados por las siguientes ecuaciones:

En donde:C = Velocidad de la luz en el vaco (300.000 km/seg).= Longitud de onda en metros.v = Velocidad de propagacin.T = Periodo.

Longitud

Las ondas del espectro electromagntico se propagan por el espacio de forma similar a como lo hace el agua cuando tiramos una piedra a un estanque, es decir, generando ondas a partir del punto donde cae la piedra y extendindose hasta la orilla.Cuando tiramos una piedra en un estanque de agua, se generan ondas similares a las radiaciones propias del espectro electromagntico.

Tanto las ondas que se producen por el desplazamiento del agua, como las ondas del espectro electromagntico poseen picos o crestas, as como valles o vientres. La distancia horizontal existente entre dos picos consecutivos, dos valles consecutivos, o tambin el doble de la distancia existente entre un nodo y otro de la onda electromagntica, constituye lo que se denomina longitud de onda.

P.- Pico o cresta: valor mximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del espectro electromagntico, cada medio ciclo, a partir del punto 0. Ese valor aumenta o disminuye a medida que la amplitud A de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0".V.- Valle o vientre: valor mximo de signo negativo () que toma la onda senoidal del espectro electromagntico, cada medio ciclo, cuando desciende y atraviesa el punto 0. El valor de los valles aumenta o disminuye a medida que la amplitud A de la propia onda crece o decrece negativamente por debajo del valor "0".N.- Nodo: Valor "0" de la onda senoidal.

La longitud de una onda del espectro electromagntico se representa por medio de la letra griega lambda. ( ) y su valor se puede hallar empleando la siguiente frmula matemtica:

De donde:= Longitud de onda en metros.c = Velocidad de la luz en el vaco (300.000 km/seg).f = Frecuencia de la onda en hertz (Hz).

Amplitud

La amplitud constituye el valor mximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar, se conoce como nodo o cero.De acuerdo su longitud de onda, las O.E.M. pueden ser agrupadas en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagntico, objeto que mide la frecuencia de las ondas.

ACTIVIDAD 1. VARIACIN EN LAS CARACTERISTICAS DE LA ONDA (AMPLITUD, LONGITUD, PERIODO, VELOCIDAD DE PROPAGACIN).

PARTE 1

Para los datos descritos en la tabla, se identificaron los valores para la onda sinusoidal polarizada verticalmente, variando el periodo de la onda.

Tabla No 1Amplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Periodo T(fs)Velocidad de propagacin V(m/s)

109003.0300

107802.6300

106002.0300

104201.4300

Los datos arrojados nos indican que al momento de variar el periodo, la longitud de la onda cambia, sin embargo su velocidad y amplitud permanecen constantes.

PARTE II

Los datos que se muestran en la siguiente tabla, en el cual el periodo se mantiene constante, se procedi a variar la longitud de onda para analizar la variacin en las dems caractersticas.

Tabla No 2Amplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Periodo T(fs)Velocidad de propagacin V(m/s)

107203.0240

105403.0180

103903.0130

Los resultados nos indican que al momento de variar la longitud de onda cambia la velocidad de propagacin de estas, sin embargo su amplitud y periodo permanecen constantes. Se puede ver que las ondas ya no presentan una velocidad de 300m/s lo que nos demuestra que su propagacin ya no es en el vaco, sino en diferentes medios.

PARTE III

Para el clculo de los siguientes datos, se procedi a variar la amplitud del campo magntico.

Amplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Periodo T(fs)Velocidad de propagacin V(m/s)

8.59003.0300

6.59003.0300

2.59003.0300

Tabla No 3

La variacin del campo magntico en cada onda no afecto los resultados presentes en la longitud, periodo y velocidad, por lo que las ondas se propagan en el vaco.

PARTE IV

Para el clculo de los datos que se muestran a continuacin se seleccion el medio heterogneo, asimismo se vari la velocidad en el segundo medio de propagacin de la onda.

Tabla No 4v(Mm/s)A(nT)T(fs)V(Mm/s)(nm)(nm)

260103.0300900780

230103.0300900690

210103.0300900630

190103.0300900570

140103.0300900420

La variacin de la velocidad para el segundo medio, hace que cambie la longitud de onda, para el primer medio la onda se mantiene constante, propagndose en el vaco.CLCULOS:

a). Construir la funcin de onda senoidal para la componente elctrica y magntica para cada uno de los casos seleccionados I, II, III y IV (en los dos medios).

PARTE I

Bx: Bmax sen (kx-wt)Ey: Emax sen (kx-wt)

K= Bmax: A

W= Emax: Bmax*c

C= n: 10-9

A: 10 T: 3.0 : 900Bx=10sen(6.98*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(6.98*10-3x 2.09t)

A: 10 T: 2.6 : 780Bx=10sen(8.05*10-3x 2.41t)

Ey=3sen(8.05*10-3x 2.41t)

A: 10 T: 2.0 : 600Bx=10sen(0.010x 3.14t)

Ey=3sen(0.010x 3.14t)

A: 10 T: 1.4 : 420Bx=10sen(0.014x 4.48t)

Ey=3sen(0.014x 4.48t)

PARTE II

A: 10 T: 3.0 : 720Bx=10sen(8.72*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(8.72*10-3x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 540Bx=10sen(0.011x 2.09t)

Ey=3sen(0.011x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 390Bx=10sen(0.016x 2.09t)

Ey=3sen(0.016x 2.09t)

PARTE III

A: 8.5 T: 3.0 : 900Bx=8.5sen(6.98*10-3x 2.09t)

Ey=2.55sen(6.98*10-3x 2.09t)

A: 6.5 T: 3.0 : 900Bx=6.5sen(6.98*10-3x 2.09t)

Ey=1.95sen(6.98*10-3x 2.09t)

A: 2.5 T: 3.0 : 900Bx=2.5sen(6.98*10-3x 2.09t)

Ey=0.75sen(6.98*10-3x 2.09t)

PARTE IV

Para el medio 1 en donde los datos de la amplitud, periodo, velocidad y longitud de onda son constantes o iguales en cada onda la funcin senoidal ser la siguiente:

A: 10 T: 3.0 : 900Bx=10sen(6.98*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(6.98*10-3x 2.09t)

Para el medio 2:

A: 10 T: 3.0 : 780Bx=10sen(8.05*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(8.05*10-3x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 690Bx=10sen(9.10*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(9.10*10-3x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 630Bx=10sen(9.97*10-3x 2.09t)

Ey=3sen(9.97*10-3x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 570Bx=10sen(0.011x 2.09t)

Ey=3sen(0.011x 2.09t)

A: 10 T: 3.0 : 420Bx=10sen(0.014x 2.09t)

Ey=3sen(0.014x 2.09t)

b). Determine la regin del espectro a la que pertenecen cada una de las ondas electromagnticas definidas.

PARTE IAmplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Regin del espectro.

10900Infrarrojo

10780Infrarrojo

10600Naranja

10420Violeta

PARTE IIAmplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Regin del espectro.

10720Rojo

10540Verde

10390Violeta

PARTE III

Amplitud Bmax (nT)Longitud de onda (nm)Regin del espectro.

8.5900Infrarrojo

6.5900Infrarrojo

2.5900Infrarrojo

PARTE IV

(nm)Regin del espectro(nm)Regin del espectro

900Infrarrojo 780Infrarrojo

900Infrarrojo690Rojo

900Infrarrojo630Rojo

900Infrarrojo570Amarillo

900Infrarrojo420Violeta

c). Para el caso en que la velocidad de propagacin sea diferente a c, identifique el medio.

Para la actividad en la PARTE I, PARTE III y medio uno de la PARTE IV en donde la velocidad es de 300m/s podemos deducir las ondas se estn propagando en el vaco.

Para determinar el medio en que se propagan las ondas con velocidades menores a 300 nos remitimos a la siguiente tabla:

PARTE II

Velocidad de propagacin V(m/s)Medio en que se propaga

240Aire

180Vidrio

130Diamante

PARTE IV MEDIO 2.

v(Mm/s)Medio en que se propaga

260Aire

230Agua

210Cuarzo

190Vidrio

140Diamante

d). Verifique la relacin E/B en cada caso.

C=

Bmax: A

Emax: Bmax*c

n: 10-9

t: 1N.s.m-1.c-1 NmcNcs

N/cm/s

N/smc

PARTE I La relacin E/B se presenta en cada una de las ondas dadas en este caso, teniendo en cuenta que los valores de E y B son los mismos en cada onda.

Entonces:

C=

PARTE II

Sucede el mismo caso anterior, los valores de E y B son los mismos en cada onda por lo tanto:

C=

PARTE III

1. C=

2. C= 3. C=

PARTE IV Tanto para el medio uno como para el dos ocurre lo mismo que en los dos primeros casos, es decir, los valores de E y B son los mismos para cada una de las ondas por lo tanto la relacin se cumple y est dada de la siguiente manera:

C=

CONCLUSIONES

Despus de realizar este trabajo de laboratorio acerca de las ondas electromagnticas, podemos concluir que desde su descubrimiento como hecho cientfico y posterior rama de la Fsica ha participado activamente en la era moderna de las comunicaciones principalmente, asimismo ha dado lugar al desarrollo de nuevos estudios fsicos de los fenmenos presentes.

Para todo esto los cientficos, como Maxwell, demostraron, por ejemplo, que la luz es uno de los componentes del espectro electromagntico. Todas esas sondas son de carcter electromagntico y tienen la misma velocidad en el espacio libre. Difieren solo en su longitud de onda (y por consiguiente en frecuencia) solamente, lo que quiere decir que las fuentes que dan lugar a esas ondas y los instrumentos que se usan para realizar medidas con ellas son sumamente diferentes.La luz visible solo es una pequea parte del espectro electromagntico, por lo que la mayor parte de los objetos del universo no pueden observarse pticamente.

BIBLIOGRAFA

http://www.um.es/docencia/barzana/II/Ii03.html

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/ondasEM/ondasEleMag_indice.htm

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15508226/Velocidades-de-la-luz-en-distintos-medios.html

http://www.wikillerato.org/Velocidad_depropagaci%C3%B3n_de_una_onda.html


Recommended