OBJETIVOS
Realizar un estudio cualitativo del las Ondas Electromagnéticas. Analizar la variación del campo magnético y del campo eléctrico en diferentes
puntos del espacio. Determinar características características espaciales de los Campos Eléctricos y Magnéticos que conforman las Microondas Analizar características del fenómeno de polarización en las Ondas Electromagnéticas Medir las señales del campo recibidas cuando este atraviesa un material que en su interior absorbe energía.
ANALISIS
E INTERPRETACION DE DATOS
Parte I: a) Distribución del Campo Transversal. 1.
Normalizando los valores obtenidos para las mediciones del campo en forma transversal y tomando como Uo = 4090 [mV ]. Obtenemos los siguientes valores: Uo = 4090 [mV] Y [cm] -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
X = 10 [cm] U [mV] 99.6 112.6 196.8 747 2847 3760 4090 3920 3477 294.2 99.6 97.9 96.0
X = 20 [cm] U [mV] 225.6 376.4 618 993 1426 1757 1790 1553 1062 613 354.3 170.1 114.3
X = 10 [cm] U/Uo 0.02 0.03 0.05 0.18 0.70 0.92 1
0.96 0.85 0.07 0.02 0.02 0.02
X = 20 [cm] U/Uo 0.06 0.09 0.15 0.24 0.35 0.43 0.44 0.38 0.26 0.15 0.09 0.04 0.03
MUESTRA DE DATOS
U= 99.6 [mV] Uo = 4090 [mV] U/Uo = 99.6 [mV]/ 4090 [mV] = 0,02 [mV] ANALISIS
GRAFICA 1: Graficando ( ) versus y (cm) para =10cm y para =20cm [gráfica 1] y analizando las curvas obtenidas podemos deducir importantes características de las microondas, la más evidente de ellas, la disminución del voltaje percibido a medida que aumenta la distancia del receptor a la bocina, es decir, la dependencia inversa de estas dos magnitudes, cuando nos alejamos del eje x en sentido transversal se da una clara disminución en el valor mostrado por el multímetro ya sea en el sentido positivo o negativo del eje y a una distancia en x de 10 o 20 cm.
b) Distribución del campo longitudinal. Para normalizar los valores del campo longitudinal tomamos como nuestro valor de referencia el mismo utilizado para el anterior procedimiento. Del cual obtenemos que los valores normalizados son:
Uo =4090 [mV] U [mV] 3810 3456 2886 2498 2322 1743 1614 1419 1159 1024 839 752 637 587 552 436
X [cm] 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
U/Uo 0.93 0.85 0.71 0.61 0.57 0.43 0.39 0.35 0.28 0.25 0.21 0.18 0.16 0.14 0.13 0.11
MUESTRA DE DATOS U= 3810 [mV] Uo = 4090 [mV] U/Uo = 3810 [mV]/ 4090 [mV] = 0.93
GRAFICA 2: Analizando la curva obtenidas al graficar
vs. X podemos observar que la
relación de proporcionalidad inversa entre la intensidad del voltaje percibido y la distancia entre la bocina y la sonda, constatando así la naturaleza electromagnética de la onda ya que el comportamiento es similar al exhibido por el campo eléctrico, que como es bien sabido, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia :
En este orden de ideas, se nos pide graficar una hipérbola cuadrática (cuya forma más sencilla es ) y comparar ambas curvas. Evidentemente, y por lo anteriormente
expuesto, las dos tendrán un comportamiento muy similar, es decir, los ejes x e y serán asíntotas, y
nunca será cero, en teoría.
c) Polarización: La
polarización de las microondas se realizó únicamente para cuando la guía de onda se encontraba de forma horizontal. Debido a los valores simétricos y de las características de los campos eléctricos y magnéticos, estas polarizaciones son iguales de forma horizontal o vertical. Después de normalizar los valores, obtenemos:
Ø [grados] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Uo =4090 [mV] U [V] 1764 1678 1476 1134 768 426 237 124.1 104.2 102.5 105.6 121.8 240.1 476 796 1112 1436 1723 1812
U/Uo 0.4313 0.4103 0.3609 0.2772 0.1878 0.1042 0.0579 0.0303 0.0255 0.0251 0.0258 0.0298 0.0587 0.1163 0.1946 0.2719 0.3511 0.4213 0.4431
GRAFICA3: Haciendo una descripción de lo observado en la experiencia con la bocina, el receptor y el polarizador de red, y de acuerdo a los datos recopilados y condensados en la gráfica, el valor percibido máximo ocurre cuando el ángulo es de cero grados, es decir, cuando las líneas de su red son horizontales. A medida que rotamos el polarizador con un paso de diez grados observamos una disminución en el valor de la señal recibida hasta llegar a la posición en la que = 90º, en la que la recepción es casi nula. Luego de este valor crítico, la señal comienza a aumentar de nuevo hasta alcanzar en = 180º un valor muy parecido al inicial, mostrando además correspondencia angular, es decir, periodicidad. Lo
anterior se podría explicar desde la forma en que está polarizada esta microonda en particular; el campo eléctrico solamente oscila en el plano XZ, y al atravesar el polarizador en posición cero grados no encuentra virtualmente ninguna restricción al paso, por l o cual se percibe la máxima señal. Lo contrario ocurre al atravesarlo en posición noventa grados,
cuando la red ofrece una resistencia casi total al paso de la microonda, y la señal percibida tiende a cero. En posiciones intermedias el receptor capta sólo una componente de dicho campo eléctrico.
Las
microondas ¿Son ondas longitudinales o transversales? ¿Pueden polarizarse?
Las
microondas por tratarse de ondas electromagnéticas, tienen componente del campo eléctrico y magnético (perpendiculares entre sí ), son transversales y pueden polarizarse, lo cual se comprobó en la práctica en el momento en que se hizo girar el polarizador cada 10, ya que si las microondas no se lograran polarizar no se hubiese presentado variación alguna al girar el polarizador.
¿Cómo cambia la señal transmitida de la antena de bocina al aumentar la distancia? A grandes distancias ¿Cómo es la relación entre el campo eléctrico de la señal y la distancia? Al
aumentar la distancia de la bocina a la sonda la señal transmitida va a disminuir de la misma forma en que lo hace el campo eléctrico pues este es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y hace parte fundamental de la naturaleza de la microonda.
¿Cómo es la relación entre el campo eléctrico y la señal recibida? La
señal emitida por la bocina y percibida por la sonda se comporta de la misma forma que el campo eléctrico, ya que están íntimamente relacionados debido a sus propiedades por lo cual se cumple que a mayor distancia de la antena de bocina a la sonda se percibe menor campo eléctrico y por consiguiente se percibe una señal menor debido a la relación inversa que existe entre la distancia y el campo eléctrico.
Parte II a)
Absorción La
tabla de datos refleja los valores obtenidos sobre la intensidad del campo que traspasa diferentes materiales.
Material Placa Dieléctrica (PV C) Icopor Espuma Seca Espuma Humeda
U[V] 2.960 2.858 2.830 0.720
A
-0.003 0.004 0.014 0.749
(%) 0.3 0.4 1.4 74.9
A
La proporción de absorción A está dado por la ecuación:
Para la Placa Dieléctrica:
Observando los datos obtenidos durante la práctica y realizando un análisis respectivo podemos concluir que la espuma húmeda es el material que mejor absorbe la radiación electromagnética con un porcentaje de absorción de 74.9%, es decir, más de la mitad de la radiación emitida fue absorbida por el material, comparando este resultado con el porcentaje obtenido para la espuma seca se puede afirmar que el agua es un gran absorbente de microondas, del mismo modo, los materiales con los más bajos porcentajes de absorción son: el icopor y la placa dieléctrica.
Ordenando en forma ascendente los materiales según su porcentaje de absorción: 1.
Placa Dieléctrica (Pvc)
2.
Icopor
3. Espuma Seca 4. Espuma Húmeda
CONCLUSIONES
Las ondas electromagnéticas, a pesar de no poderse visualizar, presentan
propiedades claras que las distinguen de otros tipos de ondas. Se pueden absorber, se pueden polarizar, se pueden medir, y su intensidad es proporcional al inverso del cuadrado de la distancia entre el lugar donde se realicen la medición y la fuente. Todas estas propiedades, fueron analizadas en este laboratorio, y a pesar de la dificultad en la toma de valores debido a la inestabilidad de los voltajes en el aparato de medición, los datos reflejados son coherentes y corresponden a los comportamientos esperados teóricamente. Por lo que es posible concluir que el procedimiento, análisis, y consulta teórica del laboratorio, fueron muy bien realizados. La intensidad del campo disminuye proporcionalmente al inverso del cuadrado de
la distancia de separación, entre el punto de medición y la fuente. Por esto, la grafica respectiva tiene un comportamiento hiperbólico. Este valor se ve afectado por diferentes constantes que dependen del medio. Las microondas por ser ondas electromagnéticas se ajustan a todas sus
características, de propagación espacial. Por tener frecuencias muy altas, y longitudes de onda muy pequeñas, son ondas con altos niveles energéticos, y debido a esto con muchas utilidades. Se deben manipular con mucha precaución por que pueden llegar a ser peligrosas para la salud. El Polarizador de red utilizado nos permitió encontrar una relación entre el ángulo
de giro y la intensidad del campo percibido detrás de este. Estas funciones siempre son de carácter senoidal o cosenoidal, y por consiguiente periódicas. Y sus valores iníciales depende de la forma como se tome el ángulo de referencial inicial y la posición de la guía de onda respecto a este (ve rtical u horizontal). Algunos materiales tienen mejores propiedades de absorción que otros, y esto
depende de las características físicas y químicas de cada uno. En el laboratorio el material con mejor índice de absorción fue la espuma mojada, y luego la espuma seca, debido a esto es posible concluir también que el agua tiene condiciones favorables para la absorción de las ondas electromagnéticas, y que aumenta el índice de absorción con su presencia.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE FISICA
LABORATORIO
A
DE FISICA III
- L8 MICROONDAS
GRUPO: A2C
SUBGRUPO: 1
HERNAN DARIO DELGADO AMAYA JHON KENER GARCIA MORALES WILMER ANDRES ACACIO FLOREZ
BUCARAMANGA
AGOSTO
10 DE 2009
