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
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.
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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