Conceptos

    ESIME Unidad Zacatenco   Instituto Politécnico Nacional   Ing. Comunicaciones y Electrónica

Campos y Ondas Electromagnéticas

Onda: En términos físicos: una onda es una perturbación que se propaga en un medio material (por ejemplo una cuerda) o por el vacío (las ondas electromagnéticas).

Campo Eléctrico: Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo. 

Campo Magnético: Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad). La fuerza (intensidad o corriente) de un campo magnético se mide en Gauss (G) o Tesla (T).

Onda Electromagnética: La radiación electromagnética se genera por la vibración de electrones u otras partículas con carga eléctrica. La energía producida por esta vibración viaja en forma de ondas electromagnéticas. Dichas ondas se caracterizan por su longitud de onda (λ), la distancia entre los picos consecutivos, y se mide en unidades de longitud y por su intensidad o amplitud, es decir, la altura de cada uno de estos picos

Longitud de onda: longitud de onda normalmente se representa con la letra griega lambda (m)

Velocidad de onda: La velocidad normalmente se representa con la letra v (m/s)

Periodo (T): Tiempo que tarda en efectuarse una onda o vibración completa, se mide en segundos (s) y se representa con una T mayúscula. También es el tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa.

Cresta, Monte o Pico: es el punto más alto de una onda.

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Amplitud (A) : Es la máxima separación de la onda o vibración desde su punto de equilibrio. 

Frecuencia (f): es el número de oscilaciones de la partícula vibrante por segundo. Se mide en Herzios (Hz). Periodo y frecuencia están relacionados,  f=1/T.

Espectro Electromagnético: Es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. 

Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a digital. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Condiciones de frontera para campos electromagnéticos: Describen el comportamiento de los campos electromagnético. Son las condiciones que el campo eléctrico debe cumplir en la interfaz que separa a dos superficies y condiciones se imponen por el tipo de material con el que se van producido los medios. Son condiciones que se deben cumplir para los componentes de los campos al pasen de un medio material a otro. 

Teorema de Poynting: Es un vector cuyo modulo representa la intensidad de energía electromagnética (intensidad de la onda) cuya dirección y sentido son los de propagación de la onda electromagnética.

Hipótesis: El término hipótesis está formado por dos palabras de origen griego: hipo, que significa subordinación o por debajo y tesis, conclusión que se mantiene con razonamiento, con lo cual podemos decir que la hipótesis sería "lo que se pone en la base".

Factor de disipación: Debido a que a medida que la onda EM penetra en un medio sufre una pérdida de potencia por efecto Joule, resulta importante definir qué porcentaje de la potencia inicial se conserva al cabo de haber recorrido de una determinada distancia. La potencia que se conserva viene definida por la magnitud del vector de Poynting, por lo tanto, la potencia que se ha cedido al medio en forma de calor por efecto Joule es equivalente a la diferencia entre la potencia original y la potencia que transporta la onda en un punto x.

Pérdidas=P0-P(x)

Factor de atenuación: A medida que se aleja un frente de onda de la fuente de poder, el campo electromagnético que irradia la fuente se dispersa (la cantidad de ondas por unidad de área es menor) la reducción de la densidad de potencia con la distancia equivalente a una perdida de potencia y se suele llamar atenuación de ondas

Impedancia: La impedancia de onda de una onda electromagnética es la relación de los componentes transversales de los campos eléctrico y magnético (los componentes transversales son los que están en ángulo recto con la dirección de propagación). Para una onda plana transversal-eléctrico-magnética ( TEM ) que viaja a través de un medio homogéneo , la impedancia de onda es en todas partes igual a la impedancia intrínseca del medio. 

Velocidad de grupo es la velocidad de la envolvente. Para dos ondas viajeras la velocidad de grupo se define por vgrupo = Δω / Δk donde Δω = ω1 - ω2 y Δk = k1 - k2. Esta expresión para la velocidad de grupo es la pendiente en un gráfico de frecuencia versus número de onda. En el caso de suma de muchas ondas, cada uno con su propia velocidad angular y vector de onda, ω y k se convierten en variables continuas y definimos la velocidad de grupo como una derivada parcial; vgrupo = ∂ω(k) / ∂k. 

Velocidad de fase de una onda es la tasa a la cual la fase de la misma se propaga en el espacio. Esta es la velocidad a la cual la fase de cualquier componente en frecuencia de una onda se propaga (que puede ser diferente para cada frecuencia). Si tomamos una fase en particular de la onda (por ejemplo un máximo), esta parecerá estar viajando a dicha velocidad. La velocidad de fase está dada en términos de la frecuencia de la onda ω y del vector de onda k por la relación:

Vp=W/k

Modulación: la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir. Es decir, se encarga de transportar la señal digital que sale de la computadora, en analógica, que es en la forma que viaja a través de las líneas de teléfono comunes (modula la señal); y a sus vez, el receptor se encarga de “demodular” la señal.

Fibra Óptica: La fibra óptica es un medio de transmisión que, a diferencia de los cables de cobre que transmiten pulsos eléctricos, ésta transmite haces de luz sobre un hilo construido en vidrio o plástico transparente. Muchas veces escuchamos hablar de pelos de fibra y esta denominación surge porque el hilo es tan fino como un cabello. Dependiendo del tipo de fibra, estamos hablando de 8,3 a 10 micrones y de 50/125 micrones de diámetro, mientras que el diámetro del cabello humano varía entre 15 micrones (muy fino) y 170 micrones (extremadamente grueso).

Básicamente por estos pelos se transmite una señal luminosa desde un extremo del cable hasta el otro. La emisión de los haces de luz es generada mediante láser o led y la forma en que es inyectada varía de acuerdo a si la fibra es multimodo (menores distancias) o monomodo (mayores distancias).

Una característica muy importante de este medio es que es inmune a las interferencias electromagnéticas, cosa que en los cables de cobre no sucede y por eso la señal en estos medios se degrada con la distancia y ruidos externos (calor, cables de electricidad lindantes, entre otros).

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