Objetivos Explicar, de manera simple, qué es la
energía electromagnética, cómo se mueve en
el espacio, y por qué es importante para la
Ingeniería en Telemática Explicar como se estudian
y controlan las características de movimiento de la
energía EM Presentar algunas aplicaciones que se logran
moviendo energía EM de manera controlada Presentar el
contenido y la importancia de las asignaturas de “Ondas
Guiadas” y “Microondas, Satélites y
Antenas”
Fuerzas eléctrica y magnética Un cuerpo con carga
eléctrica ejerce una fuerza sobre otro cuerpo que
también tiene carga (LEY DE COULOMB) Si los cuerpos se
estan moviendo uno respecto a otro, aparece una fuerza adicional
(LEY DE BIOT-SAVART) En el mundo real, la fuerza eléctrica
que actua sobre un cuerpo es la resultante de TODAS las fuerzas
que producen TODOS los cuerpos con carga que hay en el espacio La
fuerza magnética por otro lado, es la resultatne de TODAS
las fuerzas que producen TODAS las cargas del espacio (debido a
su movimiento relativo) (Gp:) Fe (Gp:) q (Gp:) Carga
eléctrica (Gp:) Carga eléctrica (Gp:) v (Gp:) Fm
(Gp:) q Fuerza eléctrica (Gp:) q Fuerza
magnética
Energía electromagnética A pesar de la fuerzas
eléctrica y magnética, un cuerpo con carga no
necesariamente se mueve, debido a que hay otras fuerzas actuando
sobre él Esto implica que el espacio tiene energía
electromagnética almacenada: si todas las otras fuerzas se
hicieran cero el cuerpo se movería en respuesta a las
fuerzas eléctrica y magnética (realizandose
así un trabajo) (Gp:) Fuerza eléctrica (Gp:) Otras
fuerzas (Gp:) q (Gp:) Fuerza magnética
La energía electromagnética puede viajar (Gp:) q
Trabajo para mover un cuerpo con carga (Gp:) e- Energía en
movimiento Trabajo para mover electrones (Gp:) De una manera MUY
IDEALIZADA, podemos decir que la energía viaja como series
de paquetes semiesféricos consecutivos.
Ejemplos: 1) Transmisora de TV: Realiza un trabajo para mover
electrones en la antena de la transmisora Equipo de TV: 1) La
energía radiada por la transmisora se convierte en trabajo
al producir una corriente en la antena del TV 2) La
energía infrarroja se convierte en trabajo al generar
corriente en el detector del control remoto 2) Control remoto:
Realiza un trabajo para mover electrones en la fuente
infrarroja
Características del movimiento Dirección y sentido
Amplitud Longitud de paquetes Frecuencia Profundidad de
penetración Dispersión Velocidad (Gp:) S (x,y,z,t)
We (x,y,z,t) Wm (x,y,z,t) Para describir la manera como se mueve
y distribuye la energía EM, usamos funciones: ?/2 2f ? x y
z (Gp:) S (x,y,z,t)
Algunos ejemplos clásicos Luz Radio FM Celulares Acceso
móvil de BA Comunicaciones satélites (banda C)
Lineas de transmisión Longitud de paquetes (?/2) Paquetes
por segundo (2f) Micrometros Metros 15-20 centímetros ~ 6
centímetros ~ 2.5 centímetros ~ 2500 Km ~1014 ~10 6
(i.e., Megahertz) ~ 1600 * 10 6 ~ 5 * 10 9 ~ 12 * 10 9 120
¿Cómo controlamos el movimiento?
Cables/Líneas de Transmisión Guías de onda
Fibras ópticas Antenas
Algunos campos de aplicación Radiodifusión Acceso
de Banda Ancha Fijo Power Line Communications Redes
Inalámbricas (WIFI, WIMAX) Bluetooth Administración
de cadenas de suministro Tele-medicina Comunicaciones
digitales
¿Qué tenemos que saber? Fuentes: Densidad de Carga
(?) Distribución de Corriente (J) Energía: Densidad
de Flujo de Potencia (S) Densidades de energía
eléctrica y magnética (Gp:) x (Gp:) y (Gp:) z (Gp:)
q (Gp:) q (Gp:) q (Gp:) S (x,y,z,t)
¿Cómo lo estudiamos? Sistema EM Ecuaciones de
Maxwell: Ley de Faraday Ley de Ampera Leyes de Gauss Rels.
Constitutivas del Medio J ? (Gp:) E (Gp:) B (Gp:) D (Gp:) H (Gp:)
S We Wm
¿Dónde estudiamos la física del
electromagnetismo y sus aplicaciones? Sistemas Lineales e
Invariantes en el tiempo/espacio Sistemas NO lineales y sistemas
que cambian en el tiempo y el espacio Licenciatura: Elementos de
física Ondas Guiadas Microondas, Satélites y
Antenas Postgrado
Conclusiones El mundo en que vivimos está repleto de
energía electromagnética estática y en
movimiento La energía se puede tomar del espacio y
convertir en trabajo útil para los seres humanos Ademas de
poder tomar la energía que ya está en el aire,
podemos poner mas energía, y controlar su movimiento La
posibilidad de poner y tomar energía del medio ambiente,
así como de controlar su movimiento, nos lleva a
aplicaciones de alto valor humano y comercial Para poder entender
y controlar a la energía electromagnética, es
necesario estudiar al medio ambiente como un sistema, y resolver
sus ecuaciones características: las ecuaciones de Maxwell