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ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Además de los sonidos existen otro tipo de oscilaciones que denominamos electromagnéticas, puesto que su origen es esencialmente eléctrico y presentan importantes diferencias respecto de las primeras, tanto en su producción como en la propagación y aplicaciones.
La fuente natural más conocida de ondas electromagnéticas es el Sol, aunque a través del espacio nos llegan rayos cósmicos de diferente naturaleza según el origen de los mismos. Sin embargo, es el hombre quien manipula una amplia gama de ondas electromagnéticas, principalmente en el campo de la radiocomunícación.
La denominación electromagnética se debe a que esta clase de ondas está formada por un campo eléctrico y un campo magnético asociados y la propagación se hace a frecuencias mucho más elevadas que las del sonido sin que sea necesario un soporte material para las mismas.
Las ondas electromagnéticas por su propia naturaleza que lleva asociadas, materia y energía, pueden propasarse a través del aire e incluso del vacío; es más, no necesitan transmitiese como una vibración de las moléculas del aire ya que los propios impulsos de las ondas, "paquetes de ondas", se empujan unos a otros para recorrer los diferentes medios o los espacios vacíos.
Tenemos un ejemplo fácil de identificar: las radiaciones luminosas que nos proporciona una bombilla llegan a nosotros desde el filamento en donde se producen, la radiación atraviesa el vacío del interior de la bombilla, el cristal que la protege y el aire que nos separa de la misma.
Lo que diferencia unas ondas electromagnéticas de otras es precisamente su frecuencia o su longitud, ya que la velocidad de propagación es la misma en todas ellas: 300.000.000 metros por segundo aproximadamente.
Así, las fórmulas anteriores referidas a las características de ondas serían, para las ondas electromagnéticas las
siguientes:
F=
v / l
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EL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
El conjunto de todas las ondas electromagnéticas constituye el espectro electromagnético. La tabla 1 agrupa las ondas electromagnéticas estableciendo un paralelismo entre su frecuencia y su longitud de onda, acompañándola de la naturaleza de estas ondas.
Observando el gráfico desde las frecuencias más bajas hacia las frecuencias más elevadas, nos encontramos con las siguientes clases de ondas:
Ondas audibles. Les corresponden las longitudes de onda más largas (muchos kilómetros) y la frecuencia ya la conocemos por ser la propia de las ondas sonoras: desde 20 Hz hasta 20 kHz.
Estas ondas cubren el mismo espectro que el sonido aunque no suelen considerarse propiamente como ondas electromagnéticas hasta valores superiores a varios kilohercios, puesto que el campo inicial que cubre el sonido se considera más como vibración mecánica que como vibración electromagnética.
Más adelante, cuando se estudie en profundidad la radio trataremos de las condiciones de propagación y empleo de diferentes tipos de ondas.
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Tabla 1. Espectro de
las frecuencias y longitudes de onda |
Radiodifusión. El Comité Consultivo Internacional de las Comunicaciones de Radio (CCIR) dividió en 1953 el espectro de frecuencias dedicado a la propagación de las ondas de radio, en las bandas y utilizaciones más importantes (tabla 2). Las ondas de radio utilizadas en radiodifusión marina son las más largas, entre 2.000 y 1.000 m y su frecuencia está comprendida entre 30 y 300 kHz. La gama de onda media comprende las frecuencias entre 300 kHz y 3 MHz, de uso preferente en radiodifusión OM. La gama de ondas cortas, que alcanzan distancias más elevadas, tiene una longitud entre 100 y 1 0 m y se propagan entre 3 y 30 MHz. Finalmente, las ondas ultracortas van desde 10 a 1 m propagándose entre 30 y 300 MHz.
En estos últimos puntos ya existe un solapamiento entre ondas de radio, televisión y frecuencia modulada. Esto es así porque esta última trabaja en el margen de frecuencia comprendido entre 88 y 108 M Hz en América, entre 66 y 72 MHz en Europa Orienta¡ y entre 88 y 104 MHz en el resto
del Mundo.
A partir de 54 MHz comienza la banda de televisión, que se extiende hasta 216 MHz, banda en que se encuentran todas las comunicaciones a media y larga distancia.
Desde este punto y hasta 3.000 GHz se hallan todo tipo de enlaces por microondas, televisión, radar, etc., aunque el campo más importante es el de las microondas ya que es el que posee una mayor amplitud del espectro y llega incluso a longitudes de onda de 0,0001 m.
La radiodifusión nació en EE.UU. y de allí provienen la mayoría de las publicaciones de orden técnico que llegan a nuestras manos, por ello, aunque hagamos la oportuna traducción a nuestro idioma es conveniente conocer el significado de las abreviaturas más corrientes. Tal como vayan apareciendo en la página las iremos traduciendo, es lo que hacemos ahora con las siglas que aparecen en la tabla 2.
VLF Very Low Frequency (Muy Baja Frecuencia)
LF Low Frequency (Baja Frecuencia)
M F Medium Frequency (Frecuencia Media)
H F High Frequency (Alta Frecuencia)
VHF Very High Frequency (Muy Alta Frecuencia)
UHF Ultra High Frequency (Ultra Alta Frecuencia)
SHF Super High Frequency (Frecuencia Super-Alta)
EHF Extremely High Frequency (Frecuencia Extremadamente Elevada)
lnfrarrojos.
El calor es también una radiación de tipo electromagnético, su campo se extiende desde 750 GHz hasta 3 THz. Las radiaciones infrarrojas tienen aplicación en calefacción, en dispositivos de control, etc.
Espectro visible. El campo visible abarca aproximadamente desde 375x10 12 hasta 750x10 11 Hz, lo que representa longitudes de onda comprendidas entre 0,8 y 0,4
mm.
Rayos ultravioleta. Por encima de las radiaciones visibles tenemos los rayos ultravioleta que, aunque no sean visibles, como sucede con los infrarrojos, podemos sentirlos en nuestro cuerpo. El bronceado, tan de moda hoy, se debe a las radiaciones ultravioleta, producidas de forma artificial mediante ciertos tipos de lámparas o por la exposición a las radiaciones solares que contienen este tipo de radiación, Estos rayos se propagan entre 750x10 12 y 3x10 16 Hz.
Rayos X. De aplicación en electromedicina, los rayos Roéntgen abarcan las frecuencias comprendidas entre 3x10
16 y 6x10 19 Hz.
Rayos gamma. Provienen de las radiaciones de los materiales radiactivos y se propagan a frecuencias entre 6x10 19 y 3x10 22 H z.
Rayos cósmicos. Los rayos cósmicos, de procedencia espacial, llegan a la Tierra a frecuencias por encima de 3x10 22 Hz.
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PRODUCCION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Las ondas electromagnéticas están formadas por la asociación de dos tipos de ondas: unas de tipo eléctrico y otras de tipo magnético. Ambas provienen de los campos eléctrico y magnético dispuestos perpendicularmente entre sí y con la dirección de propagación. En la figura 235 hemos representado con una tonalidad diferente los dos tipos de campos.
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Figura 1. Onda electromagnética en la que se destacan los dos
campos que la forman. Se dibujan en una sección
tridimensional los campos eléctrico y magnético cuando salen
de una antena. |
Con anterioridad vimos que una carga, sea positiva o negativa, crea alrededor un campo eléctrico que se dirige hacia ella o sale de la misma según que la carga sea de signo negativo o positivo.
Esta carga tiene una zona de influencia que será tanto mayor cuanto más elevado sea el valor de esta carga, es decir, el campo eléctrico creado estará relacionado directamente con la magnitud de esta carga.
Supongamos que dicha carga se desplaza siguiendo una determinada dirección. El hecho de que la carga esté en movimiento puede asimilarse a una corriente eléctrica ya que, según vimos anteriormente, la corriente eléctrica es la consecuencia de que los electrones (cargas eléctricas) se desplacen a lo largo del conductor. Un conductor recorrido por la corriente eléctrica crea un campo magnético en sus proximidades. Este campo magnético es uniforme e igual en todos los puntos del conductor cuando la corriente se mantiene constante; sin embargo, cuando el desplazamiento de la carga no es uniforme sino que varía con el tiempo, también variará el campo magnético. Dado que la carga tiene de por sí un campo eléctrico y su desplazamiento da lugar a un campo magnético, por la interacción entre ambos tiene lugar un desprendimiento de energía en forma de radiación electromagnética (figura
2).
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Figura 2 |
En la práctica, las ondas electromagnéticas pueden seguir cualquier dirección en el espacio a partir de una antena, o del origen de la radiación, pero siempre seguirán manteniendo las dos componentes, eléctrica y magnética, con un desfase de 90° entre ellas, es decir, los dos campos seguirán siendo perpendiculares.
La onda electromagnética representada en la figura 3a se dice que es de polarización vertical puesto que es la disposición adoptada por el campo eléctrico de la misma. En caso de estar invertidos los campos eléctrico y magnético se dice que la polarización de la onda es horizontal (figura
3b).
El factor polarización es muy importante, ésta puede mantenerse o variar de forma continua, lo que supone mantener siempre en el mismo plano o en planos cambiantes los campos eléctrico y magnético. Si la polarización de la señal de antena es de tipo horizontal también debe adecuarse la antena receptora para recoger la máxima señal según sea el tipo de polarización. Esto es muy importante, sobre todo, para tipos de ondas como las de televisión. Obsérvese que sobre las azoteas, todas las antenas presentan un plano dominante horizontal o vertical según la clase de polarización de las ondas electromagnéticas que deban recoger, de no hacerlo así, tiene lugar una pérdida importante de energía en la recepción de la señal.
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Figura 3. Situación de los campos eléctrico y magnético
para
la polarización vertical (a) y horizontal (b).
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Continua...
Tomado de artículos
varios en revistas especializadas, Internet y una traducción
parcial del libro "Ser Radioaficionado" INTERNATIONAL
AMATEUR RADIO STUDY GUIDE de Paul L. Rinaldo, (W4RI),
editada por The American
Radio Relay League (ARRL).
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