Energía de las ondas

1. Describa un rayo electromagnético y un frente de onda

Un rayo es una línea trazada a lo largo de la dirección de propagación de una onda electromagnética.
Los rayos se usan para mostrar la dirección relativa de la propagación de la onda electromagnética. Un frente de onda representa una superficie de ondas electromagnéticas de fase constante. Se forma un frente de onda cuando se unen puntos de igual fase en rayos que se propagan desde la misma fuente.

2. Describa lo que es densidad de potencia e intensidad de voltaje

La densidad de potencia es la energía por unidad de tiempo y por unidad de área, y se suele expresar en watts por metro cuadrado. La intensidad de campo es la intensidad de los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética que se propaga por el espacio libre. La intensidad del campo eléctrico se suele expresar en volts por metro, y la del campo magnético en amperes por metro (A/m) 

3. Describa un frente de onda esférico

La figura muestra una fuente puntual que irradia potencia a una tasa constante y uniformemente en todas direcciones. Esa fuente se llama radiador isotrópico. Un radiador ísotrópico produce un frente de onda esférico cuyo radio es R. Todos los puntos que están a la distancia A' de la fuente están en la superficie de una esfera, y tienen igual densidad de potencia. En consecuencia, las densidades de potencia en ellos son iguales. En cualquier momento, la potencia irradiada. P, watts, está uniformemente distribuida sobre la superficie total de la esfera.

4. Explique la ley del cuadrado inverso

Cuanto más lejos va el frente de onda respecto a la fuente, la densidad de potencia es más pequeña. La potencia total distribuida en la superficie de la esfera queda igual. Sin embargo, como el área de la esfera aumenta en proporción directa a la distancia a la fuente elevada al cuadrado, la densidad de potencia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente. 

5. Describa la atenuación de ondas

Cuando las ondas se propagan por el espacio vacío, se dispersan y resulta una reducción de la densidad de potencia. A esto se le llama atenuación, y se presenta tanto en el espacio libre como en la atmósfera terrestre. 

6. Describa la absorción de ondas

La atmósfera terrestre no es un vacío. Más bien está formada por átomos y moléculas de diversas sustancias gaseosas, líquidas y sólidas. Algunos de esos materiales pueden absorber las ondas electromagnéticas.

Cuando una onda electromagnética se propaga a través de la atmósfera 
terrestre, se transfiere energía de la onda a los átomos y moléculas atmosféricos.  Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre, y causa una atenuación en las intensidades de voltaje y campo magnético, y una reducción correspondiente de densidad de potencia. 

7. Describa la refracción; explique la ley de Snell de la refracción

La refracción electromagnética es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección oblicua de un medio a otro con distinta velocidad de propagación. Por consiguiente, hay refracción siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro de distinta densidad. 

8. Describa la reflexión

La reflexión es el acto de reflejar. La reflexión electromagnética se presenta cuando una onda incidente choca con una frontera entre dos medios, y algo o toda la potencia incidente no entra al segundo material. Las ondas que no penetran al segundo medio se reflejan. 

9. Describa la difracción. Explique el principio de Huygens

Se define a la difracción como la modulación o redistribución de la energía dentro de un frente de onda, al pasar cerca de la orilla de un objeto opaco. La difracción es el fenómeno que permite que las ondas luminosas o de radio se propaguen en torno a esquinas. Sea b la anchura de la rendija, y consideremos que las infinitas fuentes secundarias de ondas están distribuidas a lo largo de la rendija. El principio de Huygens establece que todo punto sobre determinado frente de onda esférico se puede considerar como una fuente puntual secundaria de ondas electromagnéticas, desde la cual se irradian y se alejan otras ondas secundarias. 

10. Describa la composición de un buen reflector

Para un conductor perfecto, T = 0. La ley de la conservación de la energía establece que. Para una superficie reflectora perfecta, la potencia total reflejada debe ser igual a la potencia total incidente y. En consecuencia.

11. Describa las condiciones atmosféricas que causan la refracción electromagnética

Las capas atmosféricas funcionan como un conducto, y una onda electromagnética se puede propagar grandes distancias siguiendo la curvatura de la Tierra dentro de este conducto. 

12. Defina la interferencia de ondas electromagnéticas

La interferencia de ondas de radio se produce siempre que se combinan dos o más ondas electromagnéticas de tal manera que se degrada el funcionamiento del sistema lado, la interferencia está sujeta al principio de la superposición lineal de las ondas electromagnéticas, y se presenta siempre que dos o más ondas ocupan el mismo punto del espacio en forma simultánea. 

13. Describa la propagación de ondas terrestres. Haga una lista de sus ventajas y sus desventajas

Una onda terrestre es una onda electromagnética que viaja por la superficie de la Tierra. Por eso a las ondas terrestres también se les llama ondas superficiales. Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente. Esto se debe a que el campo eléctrico, en una onda polarizada horizontalmente. 

14. Describa la propagación de las ondas espaciales

La propagación de la energía electromagnética en forma de ondas espaciales incluye la energía irradiada que viaja en los kilómetros inferiores de la atmósfera terrestre. Las ondas espaciales incluyen ondas directas y las reflejadas en el suelo.

Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta entre las antenas de transmisión y recepción.  La propagación de ondas espaciales directas se llama transmisión por línea de vista.

15. Explique por qué el horizonte de radio está a mayor distancia que el horizonte óptico

La curvatura de la Tierra presenta un horizonte en la propagación de las ondas espaciales, que se suele llamar el horizonte de radio. A causa de la refracción atmosférica, el horizonte de radio está más allá del horizonte óptico para la atmósfera estándar común. El horizonte de radio está, más o menos, a cuatro tercios del horizonte óptico. La refracción se debe a la troposfera, a cambios en su densidad, temperatura, contenido de vapor de agua y conductividad relativa. El horizonte de radio se puede alargar sólo con elevar las antenas de transmisión o recepción, o ambas, respecto a la superficie terrestre, con torres, o colocándolas sobre montañas o edificios altos. 

16. Describa las diversas capas de la ionosfera

En esencia son tres las capas que forman la ionosfera: las capas D, E y F. Las tres capas de ionosfera varían en localización y en densidad de ionización según la hora del día.

La capa D es la más inferior de la ionosfera, entre 30 y 60 mi  sobre la superficie de la Tierra. Como es la capa más alejada del Sol, tiene poca ionización. En consecuencia, la capa D tiene muy poco efecto sobre la dirección de propagación de las ondas de radio. La capa E se ubica entre las 60 y las 85 millas sobre la superficie terrestre.

17. Describa la propagación de ondas celestes

.Las ondas electromagnéticas que se dirigen sobre el nivel del horizonte se llaman ondas celestes. En el caso normal, las ondas celestes se irradian en una dirección que forma un ángulo relativamente  grande con la Tierra. Se irradian hacia el ciclo, donde son reflejadas o refractadas hacia la superficie terrestre por la ionosfera la propagación de las ondas celestes se le llama a veces propagación ionosférica.

18. Explique por qué las condiciones ionosféricas varían con la hora del día. El mes del año ,etc

Las capas de la ionósfera varían en ubicación y en densidad de ionización con la hora del día.También fluctúan en un patrón cíclico todo el año y de acuerdo con el ciclo de manchas solares de once años. La ionósfera es más densa en las horas de máxima luz solar.

19. Defina la frecuencia crítica y el ángulo crítico

La frecuencia crítica se define como la máxima frecuencia que se puede propagar directo hacia arriba y es reflejada por la ionosfera hacia la Tierra. La frecuencia crítica depende de la densidad de ionización y. En consecuencia, varía con la hora del día y con la estación.Cada frecuencia tiene un ángulo vertical máximo al cual se puede propagar y seguir reflejándose por la ionosfera. Ese ángulo se llama ángulo crítico.

20. Describa lo que es altura virtual

La altura virtual es la altura, sobre la superficie terrestre, desde la que parece reflejarse una onda refractada.La onda irradiada se refracta y regresa a la tierra, describiendo la trayectoria B. La altura máxima real que alcanzó la onda es ha. Sin embargo, la trayectoria A muestra la trayectoria  proyectada que podría haber tomado la onda reflejada y ser regresada a la Tierra hacia  el mismo lugar. La altura máxima que habría alcanzado esta onda reflejada hipotética es la altura 
virtual ( Hv )

21. Defina lo que es máxima frecuencia útil

La máxima frecuencia útil (MUF, de máximum usable frequeney) es la mayor frecuencia que se puede usar en propagación de ondas celestes entre dos puntos específicos de la superficie terrestre.

Es una frecuencia límite para la propagación de las ondas celestes. Sin embargo, la MUF es para determinado ángulo de incidencia. 

22. Defina la distancia de salto y describa las razones por las que varía

La distancia de salto, es la distancia mínima desde una antena de transmisión a la que regresará a la Tierra una onda celeste de determinada frecuencia.  Varia por la desaparición de las capas D y E durante la noche, el cielo que forma la ionosfera se eleva y permite a las ondas celestes viajar más arriba antes de ser refractadas hacia la Tierra