Ondas Electromagneticas

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

1. Movimiento ondulatorio. Generalidades 2. Ondas elásticas y ondas electromagnéticas 3. Descripción matemática del movimiento ondulatorio . Ecuación de ondas 4. Ondas armónicas. Ecuación de Helmholtz 5. Frecuencia y longitud de onda de una onda armónica 6. Ondas periódicas no armónicas. Análisis deFourier del movimiento ondulatorio 7. Ondas longitudinales y transversales 8. Polarización 9. Ondas planas, cilíndricas y esféricas 10. Vector propagación 11. Representación fasorial de ondas armónicas 12. Velocidad de fase y velocidad de grupo 13. Ondas electromagnéticas en el vacío 14. Propagación de ondas EM en la materia 15. Regiones de campo cercano y de campo lejano 16. Espectro electromagnético17. Aspectos biológicos de los campos EM 18. Antenas Apéndice 1. Series de Fourier Apéndice 2. Magnitudes físicas y unidades Apéndice 3. Glosario

1 2 3 5 6 8 9 10 13 16 17 19 21 27 33 36 42 51 65 68 71

CONTENIDO

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

1

1. MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES
Todos estamos familiarizados con la idea de onda; así, cuando se deja caer una piedraa un estanque, la ondas de agua marchan radialmente hacia fuera, al tocar la guitarra vibran las cuerdas y las ondas sonoras se extienden en la proximidad del instrumento, cuando una emisora de radio está transmitiendo, las ondas electromagnéticas se propagan a través del aire o del vacío. Todos estos son ejemplos de movimiento ondulatorio y tienen en común dos importantes propiedades: la energíase traslada a puntos distantes y la perturbación marcha a través del medio sin que éste en su totalidad sufra ningún desplazamiento permanente. El movimiento ondulatorio consiste en la propagación de una propiedad física o una perturbación (variación de alguna magnitud física) descrita por un cierto campo, a través de un medio. El campo que describe la propiedad física puede ser: • • Un campoelectromagnético (caso de ondas electromagnéticas). El desplazamiento transversal de una cuerda, la deformación de un resorte, la presión de un gas, etc. (caso de ondas elásticas).

El medio que transmite las ondas puede ser el aire, una cuerda tensa, un líquido, etc. e, incluso el vacío (sólo para el caso de ondas electromagnéticas). Como la afirmación de que lo que se propaga en el movimientoondulatorio es una propiedad física o perturbación es algo abstracta, conviene concretarla: En un movimiento ondulatorio se transmite o propaga una condición dinámica, esto es, cantidad de movimiento y energía. Cualquiera que sea la naturaleza del medio que transmite las ondas, ya sea el aire, una cuerda tensa, un cable eléctrico o el vacío, todos los movimientos ondulatorios están regidos por unacierta ecuación diferencial, la ecuación del movimiento ondulatorio. La parte matemática del problema consiste meramente en resolver esta ecuación con las adecuadas condiciones de contorno e interpretar después la solución apropiadamente.

MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES

2

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

2. ONDAS ELÁSTICAS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Las ondas elásticasrequieren un medio material como soporte a su transmisión. Tal sucede con las ondas sonoras, ondas en cuerdas, membranas, etc. En cambio, las ondas electromagnéticas no requieren necesariamente un medio material para su propagación. Con la excepción de las ondas superficiales en un líquido, la perturbación (sea ésta una deformación, una presión o el desplazamiento de un volumen) se propaga con unavelocidad que depende de las propiedades elásticas del medio. Estas ondas elásticas son también llamadas sonido. En el lenguaje vulgar el sonido está relacionado con la sensación auditiva, i.e., vibraciones en la membrana auditiva provocadas por una onda elástica que se propaga a través de un gas, un líquido o un sólido. Sin embargo nuestro sistema nervioso sólo es sensible a frecuencias...