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ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORALFACULTAD DE CIENCIAS
NATURALES Y MATEMTICAS
DEPARTAMENTO DE FSICALABORATORIO DE FSICA D
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PRCTICA #1: ONDAS ELECTROMAGNTICAS
Objetivos
Analizar las ondas
electromagnticas (OEM) por
medio del instrumento emisor-
receptor de microondas.
Calcular el valor de longitud de
onda de la onda emitida por el
instrumento para demostrar su
estado estacionario.
Lectura recomendada
Fsica Universitaria /Sears-
Zemansky 12da Ed. / Captulo 32 /
32.1, 32.2, 32.5
Ondas Estacionarias:https://www.youtube.com/watch?
v=sVdbaMEbHd4
Generacin de ondas
electromagnticas en un horno de
microondas:
https://www.youtube.com/watch?
v=Wt-UBMlyaVE
Introduccin
Una onda electromagntica es descrita
como una perturbacin en el campo
elctrico y magntico que se traslada a
travs del espacio con rapidez c
(aproximadamente 3x10 8 m/s), producido
por un traslado de carga elctrica entre dos
puntos.
En la onda electromagntica (OEM) existe
un campo elctrico ( ) y un campo
magntico ( ) perpendiculares entre s,
adems un vector de propagacin
conocido como vector de Poynting ( ) quees perpendicular al
plano que forman y
. Es decir, tal como se muestra en la
figura 1.1 el producto vectorial entre y
dan direccin al vector , relacionados por
la ecuacin 1.1.
Figura 1. 1: [1] Oscilacin de OEM en el espacio.
= (EC. 1 .1 )
Debemos recordar que se asume que la
OEM viaja a travs del vaco, por tanto, si la
onda se moviera en un medio distinto al
vaco, la permeabilidad magntica
( = 4 107 [ 2 ]) deber serreemplazada por el valor de la
https://www.youtube.com/watch?v=sVdbaMEbHd4https://www.youtube.com/watch?v=sVdbaMEbHd4https://www.youtube.com/watch?v=sVdbaMEbHd4https://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVEhttps://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVEhttps://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVEhttps://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVEhttps://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVEhttps://www.youtube.com/watch?v=sVdbaMEbHd4https://www.youtube.com/watch?v=sVdbaMEbHd4
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permeabilidad magntica absoluta del
medio.
En 1865 James Clerk Maxwell, demostr
que las OEM se deban propagar en el vacocon rapidez constante
exactamente igual a
la de la luz, lo cual ayud a unificar las
teoras elctricas y magnticas que hasta
ese entonces se entendan como partes de
la naturaleza totalmente separadas.
Gracias a los trabajos empricos de Michael
Faraday, Maxwell pudo expresar las cuatro
ecuaciones que actualmente se conocen
como ecuaciones de Maxwell , las cuales
son la base para explicar los principios
bsicos del comportamiento de una OEM,
estas son:
1. Ley de Ampere-Maxwell o Ley de
Ampere generalizada:
Establece que tanto la corriente de
conduccin ic como la corriente dedesplazamiento ( ddt )
actancomo fuentes de campos
magnticos. Es decir, que cualquier
corriente que transite un
conductor, induce un campo
magntico alrededor del mismo.
= + d (EC. 1.2)
2. Ley de Faraday:
Establece que la variacin del flujo
magntico en un periodo de
tiempo induce un campo elctrico
opuesto en un conductor, y por
tanto una corriente inducida.
= d (EC. 1.3)
3. Ley de Gauss:
Establece que el flujo elctrico a
travs de cualquier superficie
cerrada es proporcional en 1 ala carga total Qenc
encerradadentro de la superficie gaussiana.
= (EC. 1.4)
4. Ley de Gauss para el campo
magntico:
Establece que el flujo magntico a
travs de cualquier superficie
cerrada es siempre igual a cero.
Esto indica que las lneas de campo
magntico siguen trayectorias
cerradas entre los polos
magnticos, dejando por
sobreentendido que no existen
monopolos magnticos (cargas
magnticas individuales) que
acten como fuentes del campo
magntico.
= 0 (EC. 1.5) Al hablar de ondas, debemos tener en
cuenta los datos mostrados en la tabla 1.1.
Las ondas se clasifican en dos grandes
grupos segn su naturaleza, las ondas
mecnicas creadas por vibraciones demateriales (como el sonido,
las cuerdas,
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etc.) y las ondas electromagnticas (luz,
microondas, rayos csmicos, etc.) creadas
por perturbaciones en campos elctricos.
Ondassegnnaturaleza
Mediofsico Rapidez depropagacinen el vaco
Modo depropagacin
Mecnicas Distinto alvaco.
No se propagaen el vaco.
Transversal olongitudinal.
OEM No esnecesario.
Es constante3x10 8 m/s
Solotransversal.
Tabla 1. 1: Clasificacin de las ondas
Las ondas mecnicas necesitan un medio
para su propagacin, mientras que las OEM
pueden propagarse en cualquier medio
incluido el vaco. Esto hace reflexionar que,
en las pelculas de ciencia ficcin tienden a
cometer un error conceptual al presentar
al observador sonidos de estallidos osonidos de motores de las
naves, ya que el
sonido al ser una onda mecnica no puede
propagarse en el vaco. Al propagarse, las
ondas tienen dos modos especficos de
hacerlo:
Transversal: La onda se propaga en
una direccin ortogonal a la
perturbacin del medio. Como se
muestra en la figura 1.2.a. al mover
una cuerda de arriba hacia abajo,
se genera que las partculas de la
cuerda oscilen en el eje y, mientras
la perturbacin avanza en el eje x.
Longitudinal: La onda se propaga
en una direccin paralela a la
perturbacin del medio. Como se
muestra en la figura 1.2.b. al
mover un mbolo de adelante
hacia atrs, se genera que las
partculas de agua dentro del tubo
oscilan en el eje x, generando
zonas de alta y baja densidad de
partculas, haciendo que la
perturbacin viaje en el eje x.
Figura 1. 2: [1] Propagacin transversal y
longitudinal
Las ondas estacionarias, consecuencia de la
superposicin de una onda incidente y una
onda reflejada con igual amplitud y
frecuencia, permanecen confinadas en un
espacio. La figura 1.3 muestra como una
onda electromagntica incide sobre una
superficie perfectamente reflejante y se
refleja para formar una onda estacionaria.
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Figura 1. 3: [1] Onda estacionaria
Entonces las perturbaciones del campo
elctrico como del magntico son
estacionarias, es decir conforme transcurre
el tiempo, el patrn no se desplaza a lolargo del eje x; en vez
de ello, los vectores
E y B simplemente oscilan en todos lospuntos, y estos se
encuentran desfasados
90 entre s. Los puntos donde la magnitud
del campo elctrico es cero (nodos)
permanecen estacionarios, mientras que
otros (vientres o antinodos) lo hacen con
una amplitud de campo elctrico mxima,
que es la suma de las amplitudes de las
ondas incidente y reflejada.
La distancia que separa dos nodos o dos
antinodos consecutivos es media longitud
de onda. Suponga que en la figura 1.3 se
coloca otro conductor perfectamentereflejante en x = L, se puede
hacer una
analoga con una onda estacionaria en una
cuerda fija en los puntos x = 0 [m] y x = L
[m], por lo tanto:
= 2 (EC. 1.6)
Para distintos medios fsicos de las ondasmecnicas existen
ciertas frecuencias a las
que se producen ondas estacionarias que
se llaman frecuencias de resonancia. La
ms baja se denomina frecuencia
fundamental, y las dems son mltiplos
enteros de ella.
Un horno de microondas establece una
onda electromagntica estacionaria con
=12,2 cm, una longitud de onda que el
agua de los alimentos absorbe
intensamente. Como la onda tiene nodos
separados por una distancia /2=6,1 cm, es
necesario hacer girar los alimentos
mientras se cocinan; de lo contrario, las
partes que se encuentran en un nodo,
donde la amplitud del campo elctrico es
igual a cero, permaneceran fras.
Durante la prctica, se usar el equipo
receptor y emisor de microondas mostradoen la figura 1.4.
Debemos tener en cuenta
que observaremos la amplitud de la onda
en el receptor (Rx) por medio de un
miliampermetro incluido, al cual se le
puede modificar la sensibilidad usando una
perilla. Adems, la microonda producida
por el transmisor (Tx) solo oscila en un eje.
Figura 1. 4: Receptor y emisor de microondas
Tendremos en cuenta que las bocinas de
microondas no se colocarn una frente a
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nombrada X n, donde n es el dato
que segn corresponda.
6. En una fila nombrada X, coloque
la diferencia entre X 0 y cada X n
obtenido en cada antinodo
encontrado. Recuerde que cada
antinodo que avanza durante el
movimiento de la sonda es /2.
7. Calcule el valor de para cada
medicin de antinodo. Registre sus
datos en una fila nombrada .
8. Determine la longitud de ondapromedio. Basndose en
procedimientos estadsticos,
encuentre el valor de la
incertidumbre de la longitud de
onda del microondas.
9. Encuentre el porcentaje de error
de medicin de la longitud de onda
del transmisor, si el valor terico es
2,8 cm.
Bibliografa
[1] Fsica Universitaria, con fsica
moderna; Volumen 2, Decimosegunda
edicin/ Young, Hugh D. & Roger A.
Freedman / Pearson Educacin.
[2] Experiment Manual Microwave
Apparatus / Scientrific PTY Ltda. /
www.scientrific.com.au
http://www.scientrific.com.au/http://www.scientrific.com.au/
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REPORTE DE DATOS
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Anlisis de datos:
Conclusiones:
