Detector de Ondas electromagnéticas

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

Campos Y Ondas Electromagnéticas Electromagnéticas

Crear y detectar onda electromagnéticas electromagnéticas

Alumno

ro!esor" Za#ala $omero Eduardo %ngel

Creador y &etector de ondas electromagnéticas'  (eórico' Se conoce como onda electromagnética) por lo tanto) a la di!usión de la radiación de este tipo por medio del aire' Estas ondas no re*uieren de un soporte material para su e+pansión) lo *ue implica *ue pueden despla,arse en el #acío' -a e+istencia de las ondas electromagnéticas !ue compro.ada por los !ísicos del siglo /I/ al anali,ar di#ersas cuestiones #inculadas a la electricidad' -as ondas de lu,) de 0ec0o) !orman parte del grupo de las ondas electromagnéticas'  -as radiaciones electromagnéticas son las generadas por partículas eléctricas y magnéticas mo#iéndose a la #e, 1oscilando2' Cada partícula genera lo *ue se llama un campo) por eso tam.ién se dice *ue es una me,cla de un campo eléctrico con un campo magnético' Estas radiaciones generan unas ondas *ue se pueden propagar 1#ia3ar2 por el aire e incluso por el #acío' -a radiación electromagnética es la energía *ue se transmite a tra#és del espacio en !orma de ondas) ondas electromagnéticas) !ormadas por un campo eléctrico y otro magnético oscilantes y perpendiculares entre si y a su #e, a la dirección de propagación

4I5U$A 6' O7&A E-EC($OMA578(ICA' 9einric0 $udol! 9ert, o.tu#o su doctorado en 6::; y continuó como pupilo de 9elm0olt, 0asta 6::<) a=o en el *ue es nom.rado pro!esor de !ísica teórica en la uni#ersidad de >iel' En 6::? se 0i,o pro!esor en la uni#ersidad de >arlsru0e) en donde descu.rió las ondas electromagnéticas' A partir del e+perimento de Mic0elson en 6::6 1precursor del e+perimento de Mic0elson@Morley en 6::2) 9ert, re!ormuló las ecuaciones de Ma+Bell para tomar en cuenta el nue#o descu.rimiento' ro.ó e+perimentalmente *ue las se=ales eléctricas pueden #ia3ar a tra#és del aire li.re) como 0a.ía sido predic0o por ames ClerD Ma+Bell y Mic0ael 4araday'

-as ondas de radio u ondas 9ert,ianas son ondas electromagnéticas o impulsos de energía electromagnética capaces de #ia3ar por el espacio #acío ale3ándose indenidamente sin necesidad de ningFn soporte material' Se producen cuando una corriente alterna atra#iesa un conductor 1antena2 generando un campo electromagnético alrededor de éste1a2' -a energía electromagnética se almacena alternati#amente en el campo y en el conductor) pero si la corriente continua Guyendo llega un momento en *ue la energía ya no regresa al conductor sino *ue es radiada al espacio con#irtiéndose en radio!recuencia' Como una onda de radio es una #i.ración) al ca.o de un período) la onda 0a.rá recorrido una distancia llamada longitud de onda' -a longitud de onda es una característica esencial en el estudio de la propagaciónH para una !recuencia dada depende de la #elocidad de propagación de la onda' El ám.ito de las !recuencias de las ondas de radio se e+tiende de algunas decenas de Dilo0er,ios 0asta los límites de los in!rarro3os' Formas de propagación. •

En el espacio li.re' -as ondas causadas por la caída de una piedra en la supercie de un estan*ue se propagan como círculos concéntricos' -a onda de radio emitida por la antena isotrópica 1es decir) radiante de manera uni!orme en todas las direcciones del espacio2 puede ser representada por una sucesión de es!eras concéntricas'

•

En líneas' El estudio de las líneas de transmisión y los !enómenos de propagación de una se=al en una línea puede ayudar a optimi,ar los ca.les utili,ados en el esta.lecimiento de una red de transmisión o para la alimentación de una antena' En espacio li.re) cuanto más se ale3e de la antena) la intensidad del campo electromagnético irradiado es más dé.il' ara una .uena recepción) es necesario *ue el campo eléctrico de la onda captada tenga un ni#el suciente' El #alor mínimo de este ni#el depende de la sensi.ilidad del receptor) de la ganancia de la antena y la comodidad de escuc0a deseada' Dipolo.

Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí' Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o reci.ir ondas de radio!recuencia' Estas antenas son las más simples desde el punto de #ista teórico'

4I5U$A ' &IO-O SIM-E' -a longitud de un dipolo de.e ser por tanto"  L=

150

f 

.

Cohesor.

Un co0esor es un dispositi#o *ue permite la detección de ondas de radio y *ue se usó en los primeros a=os de la telegra!ía sin 0ilos' In#entado por el cientíco !rancés 8douard Jranly) el co0esor consiste en un tu.o cilíndrico aislante) normalmente de #idrio) con sus dos .ases cu.iertas interiormente por sendos conductores unidos a dos electrodos e+ternos' El tu.o se llena de #irutas metálicas *ue *uedan presionadas dentro del mismo' El contacto con el aire o+ida supercialmente las #irutas del co0esor) lo *ue las aísla eléctricamente unas de otras' -a capa de ó+ido tiene un e!ecto similar al de un diodo' Cuando una corriente de radio!recuencia y la intensidad suciente atra#iesa el co0esor) se producen pe*ue=os arcos entre las #irutas) *ue las sueldan) !ormando un camino de .a3a resistencia entre sus dos electrodos' Es decir) ante un pulso de radio!recuencia) el co0esor pasa a un estado de .a3a resistencia) en principio permanente'

4I5U$A <' CO9ESO$' Materiales" • • • • • • • •

Encendedor eléctrico' Ca.le conductor' K tro,os de alam.re o tornillos de 6;cm' ? centímetros de manguera o tu.o de plástico' Madera o cartón para montar todo' K puntas caimán)  pilas AA' &iodo led' rocedimiento" Se cortan dos tro,os de conductor eléctrico y unimos dos pin,as cocodrilo en un e+tremo de cada uno' &esarma el c0ispero y une los dos conductores del mismo a los conductores *ue tienen las puntas'

So.re la .ase de madera pega los dos tornillos alineados' 7o de.en tocarse) de3a una separación de 6 a  milímetros entre ellas' ara el receptor de ondas electromagnéticas' Se necesita colocar limaduras de 0ierro dentro de la manguera e introducir por cada lado un tornillo' 7o de.en *uedar compactadas las limaduras' ega eso so.re la otra .ase' ara 0acer el circuito *ue encenderá el diodo led cuando detecte la onda electromagnética' &e.emos unir las pilas en serie' Un e+tremo de las .aterías estará conectado directamente al diodo led' Mientras *ue el otro e+tremo estará conectado a un e+tremo del co0esor' &el otro e+tremo del co0esor) de.emos unir un ca.le *ue irá al otro terminal del diodo led' Es*uema"

Es*uema de !uncionamiento' LCómo !unciona El e+perimento consta de un receptor y emisor en el cual el receptor consta de un encendedor *ue es el encargado de generar un pulso eléctrico *ue recorre los tornillos' Estos y con esa conguración) se llaman N&ipolo eléctricoN' Cuando un dipolo como el *ue construimos es atra#esado por el impulso eléctrico) emite una onda electromagnética' Emisor de ondas

-as ondas de radio o electromagnéticas se pueden generar por la pérdida de energía de un circuito oscilante' Es decir *ue si se logra 0acer saltar una c0ispa entre dos alam.res conductores llamados dipolos) se producen ondas electromagnéticas u ondas de radio) en nuestro caso el dipolo se !orma por dos #arillas metálicas alineadas una a continuación de la otra *ue no llegan a tocarse' El co0esor consiste en un tu.o cilíndrico aislante' Detector de ondas

El receptor consta de un co0esor y un circuito e+tra para encender un diodo led' Cuando se 0ace saltar una c0ispa entre los dipolos colocados cerca del co0esor) se producen ondas de radio y estas son detectadas por el co0esor' -a resistencia de las limaduras en el interior del tu.o de plástico es muy grande y la corriente *ue pasa es muy pe*ue=a' Cuando llegan las ondas electromagnéticas) la resistencia de las limaduras disminuye y la corriente aumenta) es decir *ue pasa la corriente de las pilas y se enciende el led' Como

el led se mantiene encendido 0ay *ue darle un pe*ue=o golpe al co0esor para *ue esté preparado de nue#o' Cálculos'  (eniendo - longitud de 6;cm' odemos o.tener una !recuencia apro+imada"  L=

T =

150

f 

; f =

1

f 

150

 L

1 =

1500 Hz

150 =

0.1

≈ 1500 Hz .

=666.666

 μs

 λ  L= ; λ =2 ( 0.1 m ) ≈ 0.2 m 2

v m  λ = ; v = λf =0.2 m∗1500 H z=300 f  s ξ=

2 π 

2 π 

 λ

0.2

=

=10

π 

ω =2 πf =2 π ∗( 1500 )=3000 π   E

= ASen ( 3000 πt −10 πz )