26: Ondas Electromagnéticas I
Las cargas eléctricas tienen campos eléctricos. La simulación muestra primero una carga positiva en movimiento y el campo eléctrico alrededor de ella en dos dimensiones. Si se acelera la carga habrá una perturbación en el campo. Este es el origen de las ondas electromagnéticas. Tenga en cuenta que la energía transportada por la perturbación proviene de la energía de entrada necesaria para acelerar la carga.
Preguntas:
26.1. Ejecute la simulación. Cambiar la velocidad y describa lo que ve. ¿Cómo afecta el cambio en la velocidad (aceleración) a la perturbación inicial del campo (pruebe a cambiar la velocidad lentamente versus rápidamente)?
26.2. ¿Qué le sucede a velocidad constante? ¿Existe todavía alguna perturbación? ¿Qué pasa si de repente la carga disminuye su velocidad?
26.3. Ahora haga clic en el botón Animación 2. Describe lo que ves. Explique lo que advierte sobre el campo con el tiempo si estuviera midiendo en un punto a lo largo del eje x y compare eso con lo que se debería medir en un punto distante a lo largo del eje y.
Una carga oscilante en la dirección y va a producir una onda electromagnética que viaja en la dirección x como se ve en Animación 2. Para direcciones distintas a lo largo del eje x la onda tiene una amplitud inferior (menor variación respecto del equilibrio), cayendo a cero la amplitud a lo largo de la dirección y. Esta configuración se llama una antena dipolo. (Para ser técnicamente correcto un cable solo con una carga oscilante es una antena monopolo. Un dipolo se crea a partir de dos cables con polaridades opuestas, uno en la dirección x positivo y otra en la dirección x negativo pero en el presente contexto se puede ignorar esta sutileza.) Las antenas dipolo emiten la señal más fuerte en la dirección perpendicular a la antena como muestra la animación 2 (Recuerde que el campo posee la misma fuerza en ambas direcciones pero en cambio es cero en la dirección y, la más grande es a lo largo del eje x). Las antenas emisoras de Radio FM, radio AM, TV, teléfono celular, WiFi y radio de onda corta son antenas dipolo o son aproximadamente antenas dipolo.
26.4. ¿Por qué las antenas emisoras están generalmente orientadas verticalmente? (Nota: las antenas de onda corta a veces se orientan horizontalmente para que la señal puede rebotar en la ionosfera y regresar a la tierra una gran distancia.)
26.5. Pruebe diferentes velocidades de oscilación de Animación 2. Si estuviese midiendo el campo en el eje x, ¿cómo se compara la frecuencia de la onda con la frecuencia de oscilación de la carga en la antena?
26.6. Ahora intenta Animación 3. ¿Cómo se compara la amplitud de la onda en puntos a lo largo del eje x con la amplitud de la onda a lo largo del eje y para este caso?
© 2015, Wolfgang Christian y Kyle Forinash.
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