4.3: Antena
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Tutorial 4.3: Antena
En la simulación anterior se vieron las ondas electromagnéticas creadas por una carga eléctrica oscilante. En esta simulación observamos únicamente la onda que viaja en la\(x\) dirección -y su efecto sobre una segunda carga dentro de una antena receptora. Solo se muestra el\(y\) -componente del cambio en el campo eléctrico (por lo que una frecuencia de oscilación de cero no mostrará nada, porque solo hay un campo eléctrico constante).
El tipo más simple de antena receptora se puede aproximar por cargas libres (electrones) restringidas por un cable metálico. Para una antena receptora orientada en la\(y\) dirección -dirección, un campo oscilante que viaja en la\(x\) dirección -hará que las cargas en el receptor oscilen en la\(y\) dirección -con la misma frecuencia que la onda (las cargas no pueden moverse en la\(x\) dirección -porque son confinado al cable). Esta corriente oscilante puede entonces ser analizada por circuitos electrónicos para extraer la señal transmitida. Una regla general es que para una recepción más fuerte, la antena receptora debe tener aproximadamente la misma longitud que la longitud de onda de la onda que está tratando de recibir.
Para simplificar esta simulación tiene cargas positivas oscilantes en las antenas de envío y recepción. (Los electrones sienten una fuerza en la dirección opuesta al campo aplicado). El tiempo se mide en microsegundos (\(10^{-6}\text{ s}\)).
Antena
Preguntas:
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Ejecuta la simulación y describe lo que ves. ¿La carga de la antena receptora comienza a oscilar inmediatamente? ¿Por qué no?
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
En la simulación anterior aprendiste que las antenas de envío dan la señal más fuerte perpendicular a la antena y así suelen montarse verticalmente. Esto es para que la señal sea igual en todas las direcciones horizontales donde se ubicarán las antenas receptoras. ¿Por qué las antenas receptoras generalmente están orientadas verticalmente?
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
Pruebe diferentes frecuencias de oscilación. ¿Cómo se compara la frecuencia de la carga de envío con la frecuencia de oscilación de la carga en la antena receptora?
Ejercicio\(\PageIndex{4}\)
Use el botón paso para encontrar el lapso de tiempo entre el momento en que la carga de la fuente comienza a oscilar y cuando el receptor comienza a oscilar. Si la antena receptora está\(1.6\times 10^{3}\text{ m}\) lejos, ¿cuál es la velocidad de la onda?
Ejercicio\(\PageIndex{5}\)
Repita el ejercicio anterior con diferentes frecuencias de oscilación. ¿Cambiar la frecuencia de oscilación cambia la velocidad que la onda viaja en la\(x\) dirección -dirección? ¿Qué cambia si cambia la velocidad de oscilación? (Pista: Recordemos que\(v=\lambda f\) dónde\(v\) está la velocidad de la ola.)
Ejercicio\(\PageIndex{6}\)
¿Qué nota acerca de la amplitud de la onda a medida que se aleja de la antena? Explique.
Ejercicio\(\PageIndex{7}\)
¿Por qué las antenas de teléfonos celulares son pequeñas (para los celulares modernos están ocultas dentro del propio teléfono) pero las antenas de radio FM y AM y las antenas de TV suelen ser de alrededor de un metro de longitud? ¿Por qué las antenas de radio de onda corta son mucho mayores?
La simulación es incompleta en un sentido porque sabemos que una carga móvil también crea un campo magnético. La ley Biot-Savart y la ley de Ampere nos dicen que para la carga positiva que fluye en una dirección (por ejemplo hacia arriba en el caso de traducción) se formará un campo magnético en un círculo alrededor del flujo eléctrico en un sentido de la mano derecha (si tu pulgar apunta en la dirección del flujo de carga positiva, tu rizado los dedos dan la dirección del campo magnético).
Ejercicio\(\PageIndex{8}\)
¿En qué dirección apuntará el campo magnético en las proximidades de la antena emisora si la carga se mueve hacia arriba? (Pista: Describa el campo a la izquierda y derecha el flujo de carga, así como detrás de la pantalla y frente a la pantalla de la computadora.)