28: Ondas Electromagnéticas II
Como hemos visto anteriormente, si usted se encuentra lo suficientemente lejos de una fuente de ondas esféricas, las olas se aplanan en ondas que se puede aproximar por ondas planas. En la siguiente simulación onda electromagnética plana viaja en la dirección y. Su magnitud dependiente del tiempo es inicialmente en la dirección z y está dada por E(x,t) = Ez sen (k y - ω t + φ) donde Ez es el campo eléctrico máximo en la dirección z. El siguiente gráfico muestra el campo eléctrico, E(y = posición del control deslizante ,t) en el plano xz en la ubicación del cuadrado magenta. La ubicación del cuadrado se puede modificar con el control deslizante. También puede cambiar la perspectiva del espectador de la onda (gráfico superior) tomando la onda con el ratón y girando la caja.
Preguntas:
28.1. Ejecutar la simulación. Tomar la caja de la parte superior con el ratón para observar la onda en varias orientaciones. Describir lo que está sucediendo al campo eléctrico en el plano xz en la posición de la caja color magenta.
28.2. En el gráfico se muestra el tiempo en nanosegundos (× 109 sec) ise muestra en el gráfico. Avance paso a paso la simulación entre un tiempo en el cual el campo eléctrico es una máximo en la dirección positiva de x hasta que sea nuevamente un máximo en la dirección positiva de x. ¿Cuál es el período de la onda? ¿Cuál es la frecuencia? ¿A qué parte del espectro electromagnético corresponde esta onda?
28.3. Pause la simulación y utilice el control deslizante para mover lentamente el cuadro magenta hacia adelante y hacia atrás. Describe lo que ves en el gráfico superior para diversas posiciones del cuadro magenta.
28.5. El control deslizante indica la posición del cuadro magenta en una pequeña ventana a la izquierda de la barra deslizante. Deslizar el cuadro desde una posición de máximo campo eléctrico a la siguiente posición de máximo campo eléctrico para encontrar la longitud de onda. ¿Coincide con un cálculo basado en v = λ /T ?
28.6. Restablecer la simulación y haga clic en la casilla "Mostrar campo magnético '. El campo magnético está en rojo. Reproducir la simulación y verlo desde diferentes ángulos. ¿Cuál es la relación entre el campo magnético y eléctrico? ¿Cómo se orientan? Tienen la tienen la misma amplitud? La misma longitud de onda? El mismo período?
La simulación representa el componente eléctrico de una onda polarizada en la dirección x. En otras palabras, los componentes del de campo eléctrico están sólo en la parte positiva o negativa de la dirección x.
28.7. Restablecer la simulación y añadir un componente z del campo eléctrico mediante el control deslizante. Reproducir la simulación y girarlo para ver cómo luce esta nueva onda. Sigue siendo polarizada, pero ya no en la dirección x. Describir lo que es diferente acerca de esta onda respecto del caso inicial. ¿Cuál es la dirección de polarización de esta onda para la componente z máxima disponible mediante el control deslizante?
Para ser coherente con las ecuaciones de Maxwell, el producto E × B es un vector en la dirección de movimiento de la onda donde E y B son las magnitudes de los campos eléctricos y magnéticos que están relacionados por E/B = c donde c es la velocidad de la luz. En la simulación esto haría B demasiado pequeñas para ser visibles utilizando las mismas escalas de lo que en este sentido, la simulación es engañosa; las escalas para E y B no son las mismos.
28.8. Añadir el campo magnético en el caso anterior de una onda polarizada. Reproducir la simulación, girar la vista con el ratón, hacer una pausa y deslice el cuadro. ¿Cuál es la relación entre el campo magnético y eléctrico en este caso? ¿Cómo se orientan? ¿Es cierto que E × B es un vector en la dirección del movimiento? ¿Es esto cierto en todo momento y para todas las posiciones del control deslizante? ¿Por qué el campo magnético es perpendicular al campo eléctrico (Pista: Piensa en la ley de Ampere)?
© 2015, Wolfgang Christian y Kyle Forinash.
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