Propagación de ondas electromagnéticas

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Un estudio sobre las ondas electromagnéticas y su tipo de propagación.

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Propagación de ondas electromagnéticas

  1. 1. Universidad TecnológicaDe Manzanillo Aplicaciónde lastelecomunicaciones PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ANTENAS
  2. 2. ÍNDICE INTRODUCCIÓN 2 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 3 ONDAS DE RADIO 4 MICROONDAS ONDAS INFRARROJAS LUZ VISIBLE ONDAS ULTRAVIOLETA RAYOS X RAYOS GAMA 5 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 7 PROPAGACIÓN TERRESTRE DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 8 INTERFERENCIA 9 RESUMEN 10
  3. 3. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 2 INTRODUCCIÓN Dentro del mundo delas telecomunicaciones podemosapreciar lo fácil quees, contestar una llamada en tu teléfono móvil, encender la radio y escuchar tu estación favorita o simplemente cambiar el canal de tu TV con el control remoto, todo lo anterior nombrado es gracias a la manipulación de las ondas electromagnéticas, las cuales siempre han existido pero no fueron descubiertas hasta que James Clerk Maxwell (Edimburgo, Reino Unido; 13 de junio de 1831–Cambridge, Inglaterra; 5 de noviembre de 1879) desarrollo la teoría electromagnética clásica. Antes del siglo XX la única fuente de señales electromagnéticas provenían del sol, las cuales James Clerk decía en su teoría (Teoría ya confirmada) que las señales viajaban a la tierra aproximadamente en 8 minutos y a una velocidad de 300.000 Km por segundo, los campos electromagnéticos que james descubrió los llamo Espectro. Los campos electromagnéticos tienen muchos usos y aplicaciones, en telecomunicación, en la medicina, en el hogar,etc. Imagínatequeno existieran los campos electromagnéticos, sencillamente las telecomunicaciones tampoco, que aburrido seria el mundo. El objetivo principal de este documento es enseñarte los usos y aplicaciones que se les han dado a dichos campos electromagnéticos como también explicarte como se generan.
  4. 4. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 3 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS En la actualidad en pleno siglo XXI la tecnología avanza a pasos agigantados, de hecho a una velocidad más rápida que hace 100 años, gracias a ciertos descubrimientos, de los cuales nos enfocaremos en las Ondas electromagnéticas, antes del siglo XXI la comunicación era lenta, con muchas problemáticas, una carta podría tardar hasta semanas en llegar a su destino, hoy gracias a las telecomunicaciones esa gran problemática fue superada y no fue hasta que James Clerk Maxwell físico británico (13 de junio de 1831– Cambridge, Inglaterra; 5 de noviembre de 1879) desarrollara la teoría electromagnética la cual es utilizada hoy en día. Esta teoría propuesta por Maxwell propuso que luz, magnetismo, y electricidad son parte de un mismo campo, llamado electromagnético y que se mueven y propagan en ondas transversales, para ese entonces descubrió nadie sabía de su existencia pero Maxwell expuso en su teoría que la única fuente que emitía ondas electromagnéticas era el sol, las cuales llegaban a la tierra en aproximadamente 8 minutos un equivalente a 300.000 km por segundo,para entonces Maxwell creía que todo el espacio estaba lleno de una sustancia electromagnética invisible, y no es hasta 8 años después de su muerte que Heinrich Rudolf Hertz comprobaron dichateoría y fue el inicio de la era de las telecomunicaciones a velocidad y larga distancia. Existen varios tipos de ondas electromagnéticas Maxwell las agrupo en algo que llamo Espectro electromagnético o por sus siglas EM, este espectro está conformadopor fotones queviajan por elespacio hasta que interaccionan con la materia, en ese momento algunas ondas son absorbidas y otras son reflejadas,aunquelas ondas EMse clasifican en 7 formasdistintas, en realidad son todas manifestaciones del mismo fenómeno.
  5. 5. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 4 ONDAS DE RADIO Estas ondasson de menor frecuencia del espectro EM, estas ondas sonlas que nos permiten tener comunicación entre dispositivos, como la radio, teléfono celular o televisión. MICROONDAS Las microondas son las ondas de segunda menor frecuencia en el espectro, a diferencia de las Ondas de radio, las microondas miden menos hasta 30 cm y estas son capaces de atravesar obstáculos que interfieren con las ondas de radio, como nubes, humo y lluvia, estas son comúnmente utilizadas para los radares, los teléfonos de línea y la transmisión de datos de computadora. ONDAS INFRARROJAS Las ondas infrarrojaspueden llegar a medir desdemilímetros hasta longitudes microscópicas, los rayos infrarrojos de mayor frecuencia producen calor e incluyen a la radiaciónemitida por el fuego,el solyotrosobjetosque producen calor. LUZ VISIBLE Las ondas de luz visibles son radiación que puedes ver con el ojo desnudo, las distintas frecuencia de luz visibles son percibidas por las personas como los colores del arco iris. ONDAS ULTRAVIOLETA Las ondasultravioletas tienen longitudes de onda incluso más cortasque la luz visible. Las ondas ultravioletas causan quemaduras solares y pueden producir cáncer en los organismos vivos. Detectar rayos UV ayuda a los astrónomos a aprender sobre la estructura de las galaxias. RAYOS X Los rayos xson ondas de muchaenergía con longitudes de onda de entre 0,03 y 3 nanómetros, no mucho más grandes que un átomo. Los rayos X son emitidos por fuentes a temperaturas muy altas como la corona solar, queestá mucho más caliente que la superficie del sol. En la tecnología los rayos X se usan comúnmente para tener imágenes de las estructuras óseas en el cuerpo.
  6. 6. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 5 RAYOS GAMMA Los rayos gamma son las ondas EM de mayor frecuencia, y son emitidos solo por los objetos cósmicos más energéticos como los pulsares, las estrellas de neutrones, las supernovas y los agujeros negros. En las fuentes terrestres incluyen relámpagos,las explosiones nucleares y la fusiónradiactiva. Losrayos gamma poder destruir las células vivas, pero afortunadamente la atmosfera absorbe cualquier radiación gamma que alcanza al planeta. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Es algo que te rodea que te bombardea, que en gran medida no se puede ver tocar y sentir, todos los días donde quiera que vallas, no tiene olor ni sabor y sin embargo tú lo usas y dependes de él. Prácticamente sabes que sin él, el mundo no podría existir ¿Qué es? La radiación electromagnética, estas ondas están distribuidas en un amplio espectro desde las ondas de gamma, rayos x, infrarrojas, microondas y hasta las ondas de radio que pueden mediar más que una cadena montañosa, este espectro es la base de la información y de la era de nuestro mundo moderno tu radio, tu control remoto, mensajes de texto, televisión, tu horno de microondas, incluso los rayos x del centro medio, todo depende de las ondas del espectro electromagnético, las ondaselectromagnéticas son similaresa las ondas del mar en que ambas son ondas transmiten energía, las ondas electromagnéticas son producidas por la vibración de partículas cargadas y tienen propiedades magnéticas y eléctricas, pero a diferencia de las olas del mar que requieren agua, las ondas electromagnéticas viajan a través del vacío y espacio a la velocidad constante de la luz. Las ondas EM tienen crestas y depresiones como las olas del mar la distancia entre las crestas es la longitud de onda, mientras que algunas longitudes se miden en metros otras son muy pequeñas y se miden el millonésimas de
  7. 7. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 6 metro, nanómetros. El número de estas crestas que pasan por un punto determinado en un segundo se describen como la frecuencia de la onda, una onda por ciclo por segundo es a lo que se llama un Hz, al añadir energía aumenta la frecuencia de la onda y la longitud de la misma es más corta, si pudiéramosobservareneste momento las ondasquecirculan en tu habitación o sala, podríasobservar las ondas detu televisor, las ondas dela señalde radio de alguna emisora, las de tu teléfono móvil, las del Wifi de tu vecino, las onda del GPS de los autos más cercanos, prácticamente en este momento es una caos total en todo el ancho del espectro de tu habitación. Algunas ondas en el espectro electromagnético se reflejan y otras son absorbidas, esto es clave para poder detectar color en los objetos puesto que las ondas del espectro interactúan con las moléculas de los objetos y es ahí que las ondas que se reflejan son absorbidas por nuestro ojo desnudo y generamos el color. Cabe mencionar que el espectro electromagnético podemos extraer el Espectro Radioeléctrico que como bien maneja frecuencias de 3 Khz – 3000 Ghz,es decir el espectro radioeléctrico no es másque una un segmento dentro del espectro electromagnético, pero para las telecomunicaciones solo manejamos el espectro radioeléctrico. Las ondas no ocupan un lugar (ya que son intangibles e inmateriales). Pero si no se les canaliza adecuadamente, si no se ordena su tráfico, es posible (en sentido figurado) que choquen entre sí, superponiéndose y generando interferencias que afecten la calidad de las emisiones. Por este motivo es espectro radioeléctrico ha sido dividido en franjas, las partes en las que dividimos el espectro se les conoce como BANDAS, claro está que se encuentran catalogadas dependiendo su función, tenemos las bandas siguientes no son todas pero son las más utilizadas.  MF ( MediumFrecuency):En esta banda tenemos frecuencia de 300Khz a 3 MhZ, aquí se encuentra la antigua radio.  HF (High Frecuenc): 3Mhz a 30 Mhz, se les conoce como banda de emisión de onda corta, esta se utiliza para aplicaciones aeronáuticas, marítimas en palabras fáciles para Radares.
  8. 8. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 7  VHF(Very High Frecuency):30Mhz a 300Mhz, Aquípodemos encontrar a las emisoras de televisión, radio FM, comunicación de radio para los bomberos, policías y radio aficionados.  UHF (Ultra High Frecuency): 300 Mhz a 3000 Mhz, Aquí se encuentran las señales de internet y las comunicaciones de celulares 3G y 4G.  SHF (Super High Frecuency): 3 Ghz a 30 Ghz, Esta banda se usa para todas las comunicaciones satelitales y los enlaces microondas. Podemos concluir entonces que el espectro radioeléctrico es un bien intangible, queno seextingue, pero escaso,yaquepuede llegar a saturarse,de ahí la importancia de una administración efectiva y responsabledel mismo. Si todos tuvieran acceso al uso del espectro, las telecomunicaciones serian un caos, la responsabilidad de ponerle orden en México la tiene el Instituto Federal de Telecomunicaciones, se encarga de evaluar las solicitudes para el uso del espectro. PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS La propagación de ondas se refiere a la propagación de ondas electromagnéticas por el espacio libre, anqué al mencionar espacio libre implica el vacío, con frecuencia la propagación por la atmósfera terrestre se llama propagación por el espacio libre y se puedeconsiderar siempreasí, pero la mayor diferencia es que la atmósfera de la tierra introduce perdidas de la señalqueno seencuentranen elvacío, esto esdebido a quenuestraatmosfera terrestre tiene distintas partículas en el aire las cuales algunas absorben las ondas electromagnéticas y otras las repelen es por eso que podemos observar en ocasioneslos colorescomo el arcoírisy como resultadoestasvan perdiendo fuerza o simplemente desaparecen; Las ondas electromagnéticas se propagan a través de cualquier material dieléctrico incluyendo el aire pero no se propagan bien a través de conductores con pérdidas como el agua de mar ya que los campos eléctricos hacen que fluyan corrientes en el material disipando con rapidez la energía de las ondas.
  9. 9. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 8 Las ondas de radio se propagan por nuestra atmósfera con la fuerza suficiente que ha proporcionado la fuente es decir la antena emisora, posteriormentela energía es recibida por la antena receptora, prácticamente la radiación y la captura de esta energía son funciones de las antenas y claro está la distancia entre ellas. La pérdida de señalen el espacio libre, puede ser considerada como vacío y no seconsideranpérdidas.Cuando las ondaselectromagnéticas seencuentran en el vacío, se llegan a dispersar y se reduce la densidad de potencia a lo que es llamado atenuación. La atenuación se presenta tanto en el espacio libre como en la atmósfera terrestre. La atmósfera terrestre no se le considera vacío debido a que contiene partículas que pueden absorber la energía, a este tipo de reducción de potencia se le conoce como perdida de absorción, la cual no se presenta cuando las ondas viajan fuera de la atmósfera terrestre. El campo electromagnético continuo se dispersa a medida que el frente de onda se aleja de la fuente, lo que hace que las ondas electromagnéticas se alejan cada vez más entre sí.En consecuencia,la cantidad de ondaspor unidad de área es menor. Cabe destacar que no se pierde 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 más sobre un área mayor lo que hace una pérdida de potencia que se suele llamar atenuación de la onda. La atenuación de la onda, a veces se le llama atenuación espacial de la onda. 1.1PROPAGACIÓN TERRESTRE DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Se le llama ondas terrestres a todas las ondas electromagnéticas que viajan dentro de nuestra atmosfera terrestre, así también, las comunicaciones entre dos o más puntos de la Tierra son llamadas radiocomunicaciones. Las ondas terrestres se ven influidas por la atmósfera y por la tierra misma.
  10. 10. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 9 Como ya sehabía mencionado anteriormente, las ondas deradiofrecuencia se propaganen línea recta, pero tanto la tierra como la atmósferapueden alterar sutrayectoria,existen tres formasdepropagacióndeondaselectromagnéticas dentro de la atmosfera que corresponden a las ondas terrestres, ondas espaciales y ondas celestes o atmosféricas. INTERFERENCIA La interferencia es producida siempre que se combinan dos o más ondas electromagnéticas de tal manera que se degrada el funcionamiento del sistema. La interferencia está sujeta al principio de superposición lineal de las ondas electromagnéticas, y se presenta siempreque dos o más ondas ocupan el mismo punto del espacio en forma simultánea. El principio de la superposición lineal establece que la intensidad total de voltaje en un punto dado en el espacio es la suma de los vectores de onda individuales. En la propagación por el espacio libre, puede existir una diferencia de fases solo porque difieran las polarizaciones electromagnéticas de las dos ondas. Según losángulosde fasedelos dosvectores,puedesucederuna sumao resta. Esto implica simplemente que el resultado puede ser mayor o menor que cualquiera de los dos vectores, así que las ondas electromagnéticas pueden ser anuladas o reforzadas.
  11. 11. Universidad Tecnológica De Manzanillo JuanCarlos Martínez Pérez 10 RESUMEN El uso de la las ondas electromagnéticas es muy importante en la actualidad, puesto que gracias a ellas tenemos comunicación a corta y a larga distancia, esto ha facilitado el acercamiento de muchas familias, y no solo eso sino que ha beneficiado a la medicina y a futuros descubrimientos todo gracias a muchos físicos matemáticos y no solo físicos sino hasta pensadores como Aristóteles, James Clerk Maxwell fue uno de los pioneros en el tema de las ondas electromagnéticas y a Hertz le debemos lo que hoy conocemos Telecomunicaciones. Gracias a todos estos pensadores y físicos, hoy en día tenemos dispositivos de gran utilidad, de tan solo imaginarse que las ondas electromagnéticas no existieran, que mundo tan aburrido seria o peor aún tan atrasado, lo mejor de todo esto es que no fue así y tenemos conocimiento amplio sobre la manipulación de dichas ondas así como también creemos que no solo se detendrán en la tecnología actual si no que en un futuro las ondas electromagnéticas serán de mayor utilidad en el futuro.

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