Laboratorio Fisica Iii

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

SEDE BARBOSA

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE FÍSICA

GUÍA DE LABORATORIO

PRACTICA N° 08

IDENTIFICACIÓN:

ASIGNATURA: LABORATORIO DE FÍSICA III

TEMA: MICROONDAS: Polarización. Absorción

DOCENTE: CARLOS PERUCHO

INTRODUCCIÓN

Las ondas electromagnéticas (OEM) juegan un rol preponderante en muchos aspectos de nuestra vida. La luz visible que nos contacta con el mundo que nos rodea, las ondas de radio y televisión que nos comunican, los Rayos X que ayudan a detectar nuestras enfermedades, son los ejemplos más familiares de ondas electromagnéticas.

Toda onda es una perturbación de alguna propiedad física que se propaga. Una OEM es una perturbación de un campo eléctrico E, que necesariamente va acompañada de una perturbación de un campo magnético B, de tal modo que ambas perturbaciones se propagan (en el vacío) a la velocidad c = 300.000Km/s, lo que se denomina "velocidad de la luz" y es una constante fundamental de la Física.

¿Cómo puede generarse una OEM? Una forma bastante familiar a todos nosotros (ondas de radio) es a través de hacer oscilar electrones en una antena. En efecto, los electrones que oscilan en la antena producen al mismo tiempo un campo eléctrico oscilante y un campo magnético oscilante, los que, conforme a las leyes fundamentales del electromagnetismo, se continúan generando el uno al otro, propagándose así en el espacio.

Toda la radiación electromagnética conocida, abarca un espectro de frecuencias (y por lo tanto de longitud de onda) de más de 20 órdenes de magnitud.

Las microondas son OEM que abarcan un rango de longitudes de onda entre algunos milímetros hasta un par de decenas de centímetros. Por esta característica constituyen una herramienta valiosa para el estudio de los fenómenos ondulatorios, como transición entre las ondas mecánicas, generalmente visibles a simple vista; y la luz visible que corresponde a longitudes de onda mucho más pequeñas (del orden de los micrones). Por otra parte, las microondas tienen una gran importancia práctica ya que se utilizan en forma preponderante en los sistemas modernos de comunicación (por ejemplo, comunicaciones telefónicas).

OBJETIVOS

- En este primer contacto con el estudio de las OEM, se debe superar la barrera de comprensión que siempre existe entre aquellos fenómenos observables a simple vista (por ej. ondas mecánicas) y aquéllos que lo son indirectamente mediante el uso de instrumentos apropiados.

- A través de un enfoque fenomenológico teórico-experimental, se pretende familiarizarse con la generación, propagación y detección de ondas electromagnéticas, en este caso específico microondas.

- Medir la distribución del campo transversal y longitudinal de microondas delante de una antena de bocina.

- Demostrar la polarizabilidad de microondas y determinar la polarización de las microondas emitidas.

- Medir la señal recibida por la sonda de campo E como una medida de la potencia de microondas transmitida detrás de alfombras de espuma secas y húmedas.

MARCO TEÓRICO

Las microondas son generadas, por ejemplo, en una cavidad resonante, en donde la frecuencia está prefijada por el volumen de la cavidad resonante. Como detector se utiliza una sonda E (sonda de campo eléctrico), con la que mide la componente del campo eléctrico paralela a la sonda. La señal de salida de la sonda es proporcional al cuadrado de la intensidad del campo y con ello a la intensidad de las ondas electromagnéticas.

Las microondas son ondas electromagnéticas con frecuencias entre 300MHz y 300GHz y longitudes de onda entre 1m y 1mm. Aunque las frecuencias están por debajo de las de luz visible en más de 3 órdenes de magnitud, pueden compararse muchas propiedades de radiación de microondas con las de luz visible. Por ejemplo, pueden polarizarse las microondas de la misma manera como las ondas de luz. Si el campo eléctrico oscila en un plano fijo, esto se llama polarización lineal. Tal polarización lineal puede crearse o analizarse por medio de un polarizador. Si una onda linealmente polarizada con una amplitud de campo eléctrico E0 incide en un polarizador que se gira respecto a la dirección de polarización de la onda por un ángulo θ, la componente del campo

E(θ)=E0cos θ (I)

pasará el polarizador. Por consiguiente la intensidad de la onda es

I(θ)=I0cos2 θ (II)

detrás del polarizador. En óptica, la ecuación (II) es conocida como la ley de Malus.

Hay una marcada diferencia entre la generación de microondas y las ondas de luz. Las microondas se generan en una guía de onda y se emiten en el espacio libre vía una antena extensa. A una distancia suficientemente grande, la antena puede considerarse como una fuente puntual. A esta distancia los campos eléctrico y magnético de las microondas oscilan perpendicularmente uno de otra y a la dirección de propagación (campo lejano). Ambos campos disminuyen inversamente proporcionalmente a la distancia, su razón es constante:

E0~ B0~1/r (III)

A distancias por debajo del límite

rD=2*D2/λ (IV)

D: la dimensión transversal mayor la antena, λ: la longitud de onda de la distribución del campo de la onda radiada es más compleja (cerca del campo). Sólo en ondas radiadas perpendicularmente a la antena, la dirección de propagación y el campo eléctrico y magnético son perpendiculares unos a otros.

Cuando los microondas atraviesan un medio, ellas son - como todas las ondas electromagnéticas - más o menos amortiguadas porque parte de la potencia de microondas es absorbida en el medio. La proporción absorbida depende del espesor del medio y la estructura molecular.

El calentamiento qué acompaña la absorción es debida principalmente a efectos inductivos y dieléctricos que dependen de la temperatura y la frecuencia, es decir, la absorción de microondas, también, depende de la temperatura y la frecuencia.

La calefacción inductiva ocurre sobre todo en semiconductores y metales. Aquí los electrones libres son acelerados por el campo eléctrico alterno, que lleva a corrientes parásitas.

En substancias con moléculas polares como agua o substancias que contienen agua y plásticos polares, tiene lugar la calefacción dieléctrica. Las moléculas polares se alinean con el campo eléctrico así rotando de un lado a otro en el campo eléctrico alterno de las microondas. Estos movimientos llevan a la fricción interna y generan calor.

Fuente de microondas:

En este experimento, un oscilador Gunn se usa como una fuente de microondas. Opera a una frecuencia de 9.4MHz y descarga una potencia de aprox.10mW

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