ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.

Universidad Nacional De Colombia.Facultad De Ingeniería.

Norida Joya R. (273438)Nataly Cubides Z. (273431)

Síntesis Electromagnética. Ecuaciones de Maxwell.En 1865 James Clerk Maxwell unifica las teorías de la electricidad y del magnetismo en cuatro ecuaciones que representan la síntesis electromagnética.

1) El flujo de campo eléctrico a través de una superficie cerrada es proporcional a la carga encerrada en dicha superficie.

2) El flujo de campo magnético a través de una superficie cerrada es nulo.

3) Campos magnéticos variables producen campos eléctricos.

4) Campos eléctricos variables producen campos magnéticos.

Ondas Electromagnéticas. (Definición)Por combinación de las leyes anteriores, Maxwell obtuvo que el campo eléctrico y el campo magnético se propagan con movimiento ondulatorio, dando lugar a las ondas electromagnéticas, que son ondas transversales formadas por campos eléctricos y magnéticos variables que vibran en planos perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación, que se mueven a la velocidad de la luz.

Velocidad de propagación en el vacío :

smv 8

00

10.31

Campo magnéticoH

Campo eléctricoE

Campo eléctrico.

Campo magnético.

Distancia.

λ = Longitud de onda.

f = Frecuencia.

Parámetros que caracterizan una O.M.E.•Frecuencia (f): Número de oscilaciones completas por unidad de tiempo de los campos eléctrico y magnético. Se mide en Hercios (Hz). 1 Hz = 1 s-1 . La frecuencia es una característica de la O.E.M. independiente del medio en que se propague.•Longitud de Onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos que tienen la misma fase. La longitud de onda (para una frecuencia dada) depende de las características del medio en que se propaga la onda.•Velocidad De Propagación (c):

c = λ * fc = 300000 km/s en el vacío

Parámetros que caracterizan una O.M.E.•Frecuencia Angular (ω): Número de oscilaciones de los campos eléctrico y magnético en el tiempo necesario para que la fase cambie en 2.•Numero de Onda (k): Número de ondas contenido en una distancia en que la fase cambia en 2.•Vector De Propagación: Dirección y sentido vectorial en que viaja la O.E.M.•Vector de Poyting: Dirección y sentido vectorial del flujo de energía asociado a la transmisión de energía electromagnética.

Espectro Electromagnético.

Espectro electromagnético es el conjunto diferenciado de las distintas radiaciones EM, agrupadas según su frecuencia o según su longitud de onda.

Energía = h·f

Constante de Planck h = 6.62·10-34 J·s

0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

log f

f (Hz)

ENERGÍA

0.1 mm

3·106 GHz

Espectro Electromagnético.

IR B

Ionizantes(RI)

No ionizantes(RNI)

X

UV extremo

RI

RNI

UV AUV BUV C

0.1 mm

0

11

12

13

14

15

16

17

log f f (Hz)

0.1 mm

0.400 mm0.760 mm15

IR

Visible

IR CMW

RF

Duros

Blandos

EHF

SHF

UHF

VHF

HF

MF

LF

VLF

ELF

Espectro Electromagnético.•Radiaciones no ionizantes: No tienen energía suficiente para producir efectos apreciables de ionización en los materiales. Bandas espectrales adoptadas por la Comisión Internacional de Iluminación (Commission International de l'Eclairage, CIE) para UV, visible e IR.

(nm)

UV C UV B UV A Visible IR A IR B IR C

400 30001400760315280100 106

3·106 7.5·105 105 300

f (GHz)

0.3 m(300 nm)

3 m(3000 nm)

Radiación solar (onda corta) Onda larga

Cuerpo Negro.

Un cuerpo negro es aquel que emite la máxima cantidad de radiación a cada longitud de onda y en todas direcciones (a una temperatura dada). También absorbe toda la radiación incidente en todas las direcciones para cada longitud de onda. La potencia emisiva espectral (o monocromática) eb de un cuerpo negro es la energía emitida por unidad de tiempo y unidad de área en cada longitud de onda (o frecuencia). Es una función de la temperatura. Ecuación de Planck

1/512

TCb

e

Ce

(W·m-2 ·m-1)

4-281 mmW107427.3 C Km104388.1 4

2 C

Cuerpo Negro. A medida que la temperatura de un cuerpo negro se incrementa se observa que:

•La potencia emisiva se incrementa para cada longitud de onda. •La cantidad relativa de energía emitida a longitudes de onda cortas se incrementa.•La posición del máximo de potencia emisiva se desplaza hacia longitudes de onda más cortas.

0 5 10 15 20100

101

102

103

104

105

106

107

108

300 K

1000 K

2500 K5777 K

Poten

cia em

isiva

espe

ctral

(Wm

-2m

-1)

(m)

be