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Prospección Electromagnética

(sesión 2)

Ondas electromagnéticas

C.F. Gauss fue el primero en predecirlo aunque su teoría electromagnética no fuera correcta. En la electrónica actual se generan ondas electromagnéticas conectando la entrada de un amplificador con su salida con ayuda de condensadores y bobinas (el mismo principio que genera las molestas ondas sonoras cuando se acopla un micrófono).

Las ondas se generan siempre que tengamos un campo electromagnético variable.

La razón básica para la existencia de ondas electromagnéticas es que las fuerzas eléctricas y magnéticas no son fuerzas instantáneas.

Hertz empleo una bobina de Ruhmkorf , un dispositivo entre mecánico y eléctrico que era capaz de generar breves chispas de muy alta frecuencia, del orden de los gigahercios (mil millones de oscilaciones por segundo) comparable a las que transmiten la televisión actual.

¿Y… cuál es la relación con las ecuaciones de Maxwell?

Las soluciones de las ecuaciones son ondas, que deberíamos llamar ondas electromagnéticas, que tienen velocidad c. Estas ondas se mencionaron por primera vez en un trabajo de Maxwell de 1865. Alrededor de 1887, H. Hertz logró producir en su laboratorio ondas electromagnéticas mediante chispas y detectarlas unos metros más allá.

Ecuación de onda y Concepto de onda plana

Todos estamos familiarizados de modo intuitivo con la idea de onda; así, cuando se deja caer una piedra en un estanque, las ondas en el agua marchan radialmente en todas las direcciones;

Al tocar el piano vibran las cuerdas y las ondas sonoras asociadas se extienden por el entorno;

Cuando una estación de radio o de televisión está emitiendo, las ondas electromagnéticas se mueven por el aire.

Todos estos son ejemplos de movimientos ondulatorios y tienen en común dos propiedades:

• Se propaga energía a puntos distantes a partir de una fuente.

• La perturbación inicial que da lugar a la onda marcha a través del medio sin que éste en su totalidad sufra efecto alguno de modo permanente.

En un movimiento ondulatorio se transmite o propaga una condición dinámica, esto es, cantidad de movimiento y energía, descrita por un cierto campo, a través de un medio. El campo que describe la propiedad física puede ser:

• Un campo electromagnético (caso de ondas electromagnéticas).

• El desplazamiento transversal de una cuerda, la deformación de un resorte, la presión de un gas, etc. (caso de ondas elásticas).

El medio que transmite las ondas puede ser el aire, una cuerda tensa, un líquido, etc. e, incluso el vacío (sólo para el caso de ondas electromagnéticas).

Cualquiera que sea la naturaleza del medio que transmite las ondas, todos los movimientos ondulatorios están regidos por una cierta ecuación diferencial, la ecuación del movimiento ondulatorio.

En ambos tipos de ondas –elásticas y electromagnéticas- son las Ecuaciones de Maxwell las que explican la transmisión a distancia de energía y cantidad de movimiento. Tanto las ondas elásticas como las electromagnéticas satisfacen la “Ecuación de ondas” y su estudio formal es idéntico, aunque hay muchas diferencias en cuanto a velocidad de propagación, fenómenos de dispersión, etc.

Esta ecuación es la forma más general de una onda que se mueve con velocidad constante c y sin cambio de forma a lo largo de la dirección positiva del eje x.

Si la señal se moviese según la dirección negativa del eje x, todo es igual sin más que cambiar c por –c, el resultando se expresaría como:

Ecuación de ondas o ecuación del movimiento ondulatorio

Es una de las ecuaciones más importantes puesto que representa todos los tipos de movimientos ondulatorios donde la velocidad es constante.

Los frentes de onda y los rayos asociados nos facilitan la visualización de los fenómenos ondulatorios.

Frente de onda (FO) o superficie de onda (SO), lugar geométrico al que llega la perturbación en el mismo instante, es decir son superficies de fase constante.

Se denomina frente de onda al lugar geométrico de los puntos donde, en un tiempo dado, t, la perturbación toma el mismo valor.

Rayos, líneas perpendiculares a los sucesivos FO en cada punto, y físicamente representan las líneas a lo largo de las cuales se propaga la energía de la onda.

La forma de los FO induce una nueva clasificación de las ondas y al ser lugares geométricos pueden expresarse por funciones que dependan de las variables espaciales.

Pero… ¿de qué depende la forma de estas funciones?

• Propiedades emisoras de la fuente o foco donde se origine la perturbación

• Propiedades del medio propagador

En función de estas dos características las ondas se clasifican en:

Ondas esféricas

Ondas cilíndricas

Ondas planas

Los frentes de onda son planos perpendiculares a la dirección de propagación.

Actividad 2. Contesta correctamente cada pregunta

TAREA 2.

Investiga lo siguiente:

1. Ejemplos de los diferentes tipos de onda vistos en clase, justifica tus ejemplos.

2. ¿Qué es Constante de propagación y fase?

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