Ondas Electromagnéticas: Fundamentos, Propagación y Aplicaciones
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Introducción a las Ondas Electromagnéticas
Como su nombre lo indica, estas ondas tienen tanto propiedades eléctricas como magnéticas.
Las Ecuaciones de Maxwell: Fundamento de las Ondas Electromagnéticas
Maxwell demostró que cuatro relaciones fundamentales pueden describir completamente todos los fenómenos electromagnéticos. Las ecuaciones de Maxwell combinan la fuerza eléctrica con la magnética, dentro de una sola fuerza electromagnética. Estas fuerzas separadas, o los campos que crean, están relacionadas simétricamente. Esta simetría es evidente en las ecuaciones cuando se presentan en su forma matemática avanzada.
"Un campo magnético variable con el tiempo produce un campo eléctrico variable con el tiempo. Un campo eléctrico variable con el tiempo produce un campo magnético variable con el tiempo."
La primera afirmación indica que un flujo magnético cambiante origina un voltaje inducido en un cable, o un campo eléctrico en el espacio. La segunda afirmación dice que un campo eléctrico cambiante origina un campo magnético cambiante. Esta simetría es importante para la comprensión de las ondas electromagnéticas.
Producción y Propagación de Ondas Electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas son producidas por la aceleración de cargas eléctricas. Las ondas se propagan hacia afuera con los vectores del campo eléctrico y los del campo magnético, perpendiculares unos a otros y a la dirección de la propagación.
Las ecuaciones de Maxwell demuestran que las ondas electromagnéticas en un instante determinado de tiempo tienen la forma de ondas transversales debido a la perpendicularidad que hay entre el campo E y el campo B.
Las ondas de radio son ondas electromagnéticas que viajan con la rapidez de la luz.
Propiedades y Efectos de las Ondas Electromagnéticas
Una onda electromagnética conduce energía, con lo cual puede realizar un trabajo y puede ejercer una fuerza al chocar con algún material.
El campo eléctrico de una onda electromagnética que choca con una superficie actúa sobre un electrón dándole una velocidad.
Una partícula cargada que se mueve en un campo magnético experimenta una fuerza.
La onda electromagnética produce una fuerza en el electrón y, por lo tanto, ejerce una fuerza en el material en el cual se encuentra este electrón.
La fuerza de la radiación por área se llama presión de la radiación sobre un material absorbente. Si la onda electromagnética es reemitida, la presión de la radiación aumenta el doble a causa de la cantidad de movimiento y la fuerza de retroceso.
Tipos de Ondas Electromagnéticas: El Espectro
Las ondas electromagnéticas se clasifican en intervalos de frecuencia o longitud de onda de un espectro. Estas están relacionadas inversamente: λ = c/f.
Ondas de Energía (60 Hz)
Las ondas electromagnéticas de frecuencia de 60 ciclos son resultado de las corrientes alternas en los circuitos eléctricos.
Ondas de Radio y TV
Para transmitir alrededor de la curvatura de la Tierra, las ondas de radio que por lo general siguen una línea recta, se logra mediante la reflexión de las capas iónicas en la atmósfera superior. Las partículas energéticas provenientes del Sol ionizan las moléculas de gas, originando varias capas de iones. Algunas de estas capas reflejan las ondas de radio menores a cierta frecuencia. Si se fortalecen las ondas de radio fuera de las capas, es posible enviar transmisiones de radio a cualquier región de la Tierra.
Microondas
Las microondas con frecuencias en intervalos de gigahertz son producidas por tubos especiales de vacío llamados klystrons y magnetrones. Este tipo de ondas se usan en la comunicación y en las aplicaciones de radar.
Radiación Infrarroja
(Contenido sobre radiación infrarroja no proporcionado en el documento original.)