4.2: Ondas EM de una carga acelerada
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Tutorial 4.2: Radiación de carga acelerada
Las cargas eléctricas tienen campos eléctricos. La simulación muestra primero una carga positiva móvil y el campo eléctrico a su alrededor en dos dimensiones. Si se acelera la carga habrá una perturbación en el campo. Este es el origen de las ondas electromagnéticas. Tenga en cuenta que la energía transportada por la perturbación proviene de la energía de entrada necesaria para acelerar la carga.
Carga acelerada
Preguntas:
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Ejecuta la simulación. Cambia la velocidad,\(v\), y describe lo que ves. ¿Cómo afecta el cambio de velocidad (aceleración) a la perturbación inicial del campo (intente cambiar la velocidad lentamente frente a rápidamente)?
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
¿Qué sucede a velocidad constante? ¿Todavía hay algún disturbio? ¿Qué pasa si de repente ralentizas la carga?
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
Ahora haz clic en el botón Animación 2. Describe lo que ves. Explique lo que notaría sobre el campo a lo largo del tiempo si lo estuviera midiendo en un punto a lo largo del\(x\) eje y compare eso con lo que mediría en un punto distante a lo largo del\(y\) eje.
Una carga que oscila en la\(y\) dirección -producirá una onda electromagnética viajando en la\(x\) dirección -como se ve en la Animación 2. Para direcciones distintas a lo largo del\(x\) eje, la onda tiene una amplitud menor (menor variación del equilibrio), cayendo a una amplitud cero a lo largo\(y\) de la dirección. Esta configuración se llama antena dipolo. (Para ser técnicamente correcto, un solo cable con una carga oscilante es una antena monopolo. Un dipolo se crea a partir de dos cables con polaridades opuestas, uno en la\(x\) dirección -el otro en la\(-x\) dirección -pero en el contexto actual podemos ignorar esta sutileza.) Las antenas dipolo emiten la señal más fuerte en una dirección perpendicular a la antena como muestra la Animación 2 (recuerde, el campo tiene la misma intensidad en ambas direcciones pero el cambio en el campo es cero en la\(y\) dirección, más grande a lo largo del\(x\) eje). Las antenas de radio FM, radio AM, TV, celular, WiFi y radio de onda corta son antenas dipolo o aproximadamente dipolo.
Ejercicio\(\PageIndex{4}\)
¿Por qué las antenas de envío suelen estar orientadas verticalmente?
Nota
Las antenas de onda corta a veces se orientan horizontalmente para que la señal pueda rebotar en la ionosfera y regresar a la tierra a una gran distancia.
Ejercicio\(\PageIndex{5}\)
Pruebe diferentes velocidades de oscilación para Animation 2. Si estuvieras midiendo el campo en el\(x\) eje, ¿cómo se compararía la frecuencia de la onda con la frecuencia de oscilación de la carga en la antena?
Ejercicio\(\PageIndex{6}\)
Ahora prueba Animación 3. ¿Cómo se compararía la amplitud de la onda en puntos a lo largo\(x\) del eje con la amplitud de la onda a lo largo del\(y\) eje para este caso?