27: Antena
En la simulación anterior vio ondas electromagnéticas creadas por una carga eléctrica oscilante. En esta simulación nos fijaremos sólo en la onda que viaja en la dirección x y su efecto sobre una segunda carga dentro de una antena de receptora. Sólo se muestra la componente Y del cambio en el campo eléctrico (por lo que una frecuencia de oscilación nula no mostrará nada, porque se trata de un campo eléctrico constante).
El tipo más simple de antena receptora se puede aproximar cargas cargas libres (electrones) limitadas por un alambre de metal. Para una antena receptora orientada en la dirección y, un campo oscilante que viaja en la dirección x hará que las cargas en el receptor para que oscilen en la dirección y con la misma frecuencia que la onda (las cargas no pueden moverse en la dirección x dirección, ya que están confinadas en el cable). Esta corriente oscilante se puede analizar entonces por los circuitos electrónicos para extraer la señal transmitida. Una regla general es que para la recepción sea más fuerte, la antena de recepción debe ser aproximadamente la misma longitud que la longitud de onda de la onda que está tratando de recibir.
Por simplicidad esta simulación posee cargas oscilantes positivas en las antenas emisora y receptora. El tiempo se mide en microsegundos (10-6 s)
Preguntas:
27.1. Ejecute la simulación y describa lo que ve. ¿la carga en la antena receptora comienza a oscilar inmediatamente? ¿Por qué no?
27.2. En la simulación anterior aprendiste que las antenas que envían la señal más fuerte perpendicularmente a la antena y por lo que generalmente las antenas se colocan en dirección vertical. Esto es para que la señal sea igual en todas las direcciones horizontales donde se ubican las antenas receptoras. ¿Por qué son las antenas receptoras generalmente orientadas verticalmente?
27.3. Pruebe diferentes frecuencias de oscilación. ¿Cómo se compara la frecuencia de la carga de enviada con la frecuencia de oscilación de la carga en la antena receptora?
27.4. Utilice el botón de paso de encontrar el lapso de tiempo entre el cual la carga de la fuente comienza a oscilar y cuando el receptor comienza a oscilar. Si la antena de receptora se encuentra a 1,6 × 103 m de distancia, ¿cuál es la velocidad de la onda?
27.5.Repita el ejercicio anterior con diferentes frecuencias de oscilación. ¿El cambio de la frecuencia de oscilación modifica la velocidad de la onda que se desplaza en la dirección x? ¿Qué es lo que cambia cuando varía la velocidad de oscilación? (Sugerencia: Recuerde que v = λ f donde v es la velocidad de la onda.)
27.6. ¿Qué observas acerca de la amplitud de la onda a medida que se aleja de la antena? Explicar.
27.7. ¿Por qué las antenas de telefonía celular son pequeñas (para los teléfonos celulares modernos están ocultos en el interior del teléfono), y las antenas de radio FM / AM y antenas de televisión normalmente poseen alrededor de un metro de longitud? ¿Por qué las antenas de radio de onda corta mucho más grandes?
La simulación es incompleta en cierto sentido, porque sabemos que una carga en movimiento también crea un campo magnético. La ley de Biot-Savart y la ley de Ampere nos dicen que para la carga positiva que fluye en una sola dirección (por ejemplo, hacia arriba en el caso de traducción) se formará un campo magnético en un círculo alrededor de la corriente eléctrica en un sentido de la mano derecha (si sus puntos de pulgar en la dirección del flujo de carga positiva, los dedos curvados dan la dirección del campo magnético).
27.8. ¿Qué dirección tendrá el campo magnético en un punto de las proximidades de la antena emisora si la carga se está moviendo hacia arriba? (Sugerencia: Describir el campo a la izquierda ya la derecha el flujo de carga, así como detrás de la pantalla y en frente de la pantalla del ordenador.)
© 2015, Wolfgang Christian y Kyle Forinash.