I7.RESUMEN

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander  Construimos Futuro

Resumen En el siguiente informe se describe la experiencia en laboratorio a partir de las ondas decimétricas, basado en el estudio de la generación, gener ación, propagación y polarización de aquella. Además del estudio de las ondas electromagnéticas generadas por la línea de Lecher en diferentes medios, como agua y aire, determinando sus longitudes de onda y velocidades, y finalmente su relación con a la velocidad de la luz. Basado en el experimento se formularon las preguntas: ¿Cómo es la polarización de una onda decimétrica generada en una antena dipolar?, ¿Cómo se propagan las ondas electromagnéticas y que sucede cuando las ondas decimétricas pasan de aire a agua? y ¿Cómo están relacionados los campos eléctrico y magnético en las ondas estacionarias generadas en la línea de Lecher?

INTRODUCCIÓN Como último párrafo de la introducción, se describen los componentes del del documento. Por ejemplo, para el caso de esta plantilla, se describiría que el documento está organizado en 6 componentes fundamentales: Metodología y Equipo, Tratamiento de datos, Análisis de resultados, Conclusiones y Referencias, además de incluirse una breve descripción de cada uno de ellos. En nuestra vida cotidiana interactuamos con gran cantidad de tipos de ondas, una de ellas trasmitidas con objetos como la radio y televisión, las cuales son denominadas ondas electromagnéticas Este tipo de ondas se caracterizan porque están formadas, como su nombre indica por la conjunción de un campo eléctrico y otro magnético. La unión de estos campos es la que permite que este tipo de ondas se pueda transmitir por el espacio. Este tipo de ondas se propaga por el espacio (independientemente de cuál sea su frecuencia) a la velocidad de la luz. Para la formación de estas ondas electromagnéticas, se podría oscilar electrones mediante una antena generando un campo eléctrico y campo magnético, los cuales generan una radiación electromagnética que abarca un gran espectro donde se encuentra las ondas decimétricas. Para la trasmisión de estas ondas decimétricas, se experimentó con la línea de Lecher en las cual dos conductores acoplados a un generador UHF, en donde se encontrarán nodos y antinodos de voltaje y corriente, correspondientes a la onda e lectromagnética estacionario formada por esta línea. MARCO TEORICO Las ondas están constituidas por campos eléctricos y magnéticos que oscilan en ángulo recto uno respecto al otro y se propagan en dirección perpendicular al plano formado por estos campos, es decir, son ondas transversales. La radiación electromagnética abarca un espectro amplio dentro del cual encontramos las ondas decimétricas. Las ondas electromagnéticas se propagan en materiales dieléctricos modificando su velocidad de fase:

 =   

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Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander  Construimos Futuro Donde λ es la longitud de onda y   es la frecuencia. Teniendo en cuenta las constantes dieléctricas del vacío (ε=1) y del medio tenemos que la velocidad es función de ε del medio:

() =  /√ε Donde Co es la velocidad de la luz en e l vacío y ε es la constante dieléctrica del medio. Como las moléculas de agua tienen un momento dipolar permanente, la ε es alta. Ahora como la frecuencia de la onda electromagnética no c ambia cuando la onda se propaga en un medio como por ejem plo el agua, la longitud de las ondas en el agua son contraídas comparado con la propagación en el aire. Para la generación de ondas decimétr icas estacionarias se requiere de dos conductores r ectos paralelos acoplados al generador UHF (Línea de Lecher). Cuando un campo electromagnético de alta frecuencia se transmite en la línea de Lecher, una onda de voltaje,  = 0 sin ( − ) Línea de Lecher. Son un par de varillas o de cables paralelos que se utilizaban para medir la longitud de onda de las señales de radio, principalmente en UHF y en frecuencias de microondas. Usado por primera vez por el físico austriaco Ernst Lecher,  mejorando las técnicas utilizadas por Oliver Lodge y Heinrich Hertz, desarrolló este método para medir la longitud de las ondas de radio alrededor de 1 888. En este caso se experimentará con la línea de Lecher en diferentes condiciones: Línea de Lecher con el extremo libre en corto circuito: Si se tiene la línea de Lecher con su extremo libre en corto circuito, el voltaje en este punto es cero. Una onda reflejada se genera con un cambio de fase de 180° con respecto a la onda incidente. Las ex presiones para las ondas estacionarias de voltaje y corriente, m uestran que los nodos de la onda de voltaje cor responden  justo a los antinodos de la onda de corriente. Línea de Lecher con el extremo libre abierto: En este caso, en el extremo abierto se encuentra un antinodo de voltaje, es decir la o nda incidente de voltaje se refleja sin cambio de fase, mientras que la de corriente se refleja con un cambio de fase de 180°.

OBJETIVOS Objetivo general Estudiar el comportamiento de la propagación de ondas decimétricas en diferentes medios. Objetivos específicos -

Estudiar la propagación y polarización de las ondas decimétricas y determinar la direc ción de su polarización. Generar ondas decimétricas estacionarias en una línea de Lecher con extremo abierto y corto circuito, determinar la longitud de onda y encontrar la velocidad de propagación de la onda electromagnética. 2

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Estudiar la refracción de las ondas decimétricas al pasar del aire al agua y determinar la constante dieléctrica del agua.

El siguiente informe esta organizado por 4 fases: -

Metodología: En ésta se explicará en detalle el estudio previo a esta simulación, así como el método usado para llegar a los resultados deseados y a su vez al buen uso de los equipos.

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Tratamiento de datos: Se tabulará los datos obtenidos en e l laboratorio para los diferentes casos del campo eléctrico y magnét ico.

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Análisis de resultados: Los resultados teóricos y prácticos han de tene r su debido análisis comparativo, usando las ecuaciones específicas del experimento y e n forma de referencia el uno del otro, por medio de las tablas obtenidas.

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Conclusiones: Las conclusiones de este proyecto reflejarán el buen procedimiento de este y darán un enfoque al resultado obtenido.

METODOLOGÍA

El desarrollo del proyecto se re alizó en cuatro etapas o fases metodológicas, en las c uales se hizo la recolección de los datos y poster iormente su respectivo procesamiento. En la primera, se observó la propagación de las ondas decimétricas generadas en una antena dipolar y se analizó su polarización. Luego en la segunda fase, se formaron las ondas estacionarias en la línea de Lecher, identificando a su vez las ondas de campo eléctrico y magnético. En la fase tres se analizó la refracción de las ondas decimétricas al pasar del aire al agua y finalmente en las fases cuatro se procesó la información obtenida en las primeras fases con el objetivo de determinar la polarización de las ondas decimétricas utilizadas, la constante dieléctrica del agua y e l valor experimental de la velocidad de la luz. Fase uno: En esta primera fase se estudió la propagación de las ondas decimétricas y se determinó su polarización. 1. Se conectó una espira dipolo en el generador UHF. 2. Se colocó el dipolo receptor en las diferentes posiciones indicadas en la figura 1. 3. Se tomaron los datos teniendo en cuenta la señal observada, es decir, el estado de encendido o 3

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander  Construimos Futuro apagado de la bombilla de acuerdo con la posición del receptor. 4. Posteriormente, se cambió el receptor por uno acoplado a un voltímetro, el cuál asignó un valor de voltaje de acuerdo a la posición del receptor, indicando la dirección en donde la se ñal es más intensa.

Figura 1. Emisor y receptor de ondas decimétricas

Fase dos: En esta fase se obtuvieron ondas decimétricas e stacionarias en la línea de Lecher para determinar su longitud de onda y su velocidad. Para esto se realizó el montaje indicado en la figura 2, en donde se acopló la línea de Lecher al generador UHF.

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Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander  Construimos Futuro Figura 2. Montaje Línea de Lecher.

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Inicialmente, se mantuvo abierto el extremo libre de la línea de Lecher.

2.

Luego, se desplazó el bombillo sobre ella con el fin de identificar las posiciones en las cuales el bombillo alcanza su máxima luminosidad.

3.

Para identificar las posiciones de los nodos y antinodos correspondientes a la onda de campo

magnético, se desplazó una espira de inducción con un bombillo acoplado. Este procedimiento se repetirá con el extremo libre de la línea de Lecher en corto circuito.

Fase tres: En esta fase se estudió el fenómeno de la refracción de las ondas decimétricas en e l agua. Para tal fin se construirá el montaje indicado en la figura 3. 1. Se medió la longitud de las dos antenas o dipolos y el espacio entre los segmentos metálicos. 2. Luego, se acercó al generador UHF al recipiente que contiene las antenas, las cuales tenían acoplado un bombillo. 3. Posteriormente se llenó lentamente el re cipiente con agua, hasta cubrir completamente la antena superior. Se observaron los cambios generados en la luminosidad de los bombillos de las antenas durante el proceso.

Figura 4. Montaje para el estudio de la refracció n de las ondas decimétricas.

Fase cuatro: En esta fase se estudió la propagación de las ondas decimétricas (relación del voltaje medido con la distancia del emisor al receptor), su polarización y su velocidad de propagación, así como la constante dieléctrica del agua. Para e sto se analizó la información registrada en las tablas de datos.

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