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1.6: Principios de la Radio

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    Una de las aplicaciones más fascinantes de la electricidad está en la generación de ondas invisibles de energía llamadas ondas de radio. El alcance limitado de esta lección sobre corriente alterna no permite una exploración completa del concepto, se cubrirán algunos de los principios básicos.

    Con el descubrimiento accidental del electromagnetismo por parte de Oersted, se dio cuenta de que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados entre sí. Cuando se pasó una corriente eléctrica a través de un conductor, se generó un campo magnético perpendicular al eje de flujo. Asimismo, si un conductor estaba expuesto a un cambio en el flujo magnético perpendicular al conductor, se producía una tensión a lo largo de ese conductor. Hasta el momento, los científicos sabían que la electricidad y el magnetismo siempre parecían afectarse entre sí en ángulo recto. Sin embargo, un descubrimiento importante estaba escondido justo debajo de este concepto aparentemente simple de perpendicularidad relacionada, y su descubrimiento fue uno de los momentos fundamentales en la ciencia moderna.

    Este avance en la física es difícil de exagerar. El responsable de esta revolución conceptual fue el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), quien “unificó” el estudio de la electricidad y el magnetismo en cuatro ecuaciones relativamente ordenadas. En esencia, lo que descubrió fue que los campos eléctricos y magnéticos estaban intrínsecamente relacionados entre sí, con o sin la presencia de un camino conductor para que fluyeran electrones. Dicho de manera más formal, el descubrimiento de Maxwell fue el siguiente:

    Un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético perpendicular, y Un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico perpendicular.

    Todo esto puede tener lugar en espacios abiertos, los campos eléctricos y magnéticos alternos apoyándose entre sí a medida que viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Esta estructura dinámica de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a través del espacio es mejor conocida como onda electromagnética.

    Hay muchos tipos de energía radiativa natural compuesta por ondas electromagnéticas. Incluso la luz es de naturaleza electromagnética. También lo son los rayos X y la radiación de rayos “gamma”. La única diferencia entre este tipo de radiación electromagnética es la frecuencia de su oscilación (alternancia de los campos eléctricos y magnéticos de ida y vuelta en polaridad). Mediante el uso de una fuente de voltaje de CA y un dispositivo especial llamado antena, podemos crear ondas electromagnéticas (de una frecuencia mucho menor que la de la luz) con facilidad.

    Una antena no es más que un dispositivo construido para producir un campo eléctrico o magnético dispersante. Dos tipos fundamentales de antenas son el dipolo y el bucle: Figura abajo

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    Antenas de dipolo y bucle

    Si bien el dipolo no parece más que un circuito abierto, y el bucle un cortocircuito, estas piezas de cable son radiadores efectivos de campos electromagnéticos cuando se conectan a fuentes de CA de la frecuencia adecuada. Los dos cables abiertos del dipolo actúan como una especie de condensador (dos conductores separados por un dieléctrico), con el campo eléctrico abierto para dispersarse en lugar de concentrarse entre dos placas muy espaciadas. La trayectoria de cable cerrada de la antena de bucle actúa como un inductor con un gran núcleo de aire, nuevamente brindando una amplia oportunidad para que el campo se disperse lejos de la antena en lugar de concentrarse y estar contenido como en un inductor normal.

    A medida que el dipolo alimentado irradia su campo eléctrico cambiante al espacio, se produce un campo magnético cambiante en ángulo recto, lo que mantiene el campo eléctrico más hacia el espacio, y así sucesivamente a medida que la onda se propaga a la velocidad de la luz. A medida que la antena de bucle alimentado irradia su campo magnético cambiante al espacio, se produce un campo eléctrico cambiante en ángulo recto, con el mismo resultado final de una onda electromagnética continua enviada lejos de la antena. Cualquiera de las dos antenas logra la misma tarea básica: la producción controlada de un campo electromagnético.

    Cuando se conecta a una fuente de alimentación de CA de alta frecuencia, una antena actúa como un dispositivo de transmisión, convirtiendo el voltaje y la corriente de CA en energía de ondas electromagnéticas. Las antenas también tienen la capacidad de interceptar ondas electromagnéticas y convertir su energía en voltaje y corriente de CA. En este modo, una antena actúa como un dispositivo receptor: Figura abajo

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    Transmisor y receptor básico de radio

    Si bien hay mucho más de lo que se pueda decir sobre la tecnología de antenas, esta breve introducción es suficiente para darte una idea general de lo que está pasando (y quizás suficiente información para provocar algunos experimentos).

    • REVISIÓN

    James Maxwell descubrió que los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos perpendiculares, y viceversa, incluso en espacios vacíos.

    Un conjunto gemelo de campos eléctricos y magnéticos, que oscilan en ángulo recto entre sí y viajan a la velocidad de la luz, constituye una onda electromagnética.

    Una antena es un dispositivo hecho de alambre, diseñado para irradiar un campo eléctrico cambiante o campo magnético cambiante cuando es alimentado por una fuente de CA de alta frecuencia, o interceptar un campo electromagnético y convertirlo en una tensión o corriente de CA.

    La antena dipolo consta de dos piezas de alambre (sin tocar), generando principalmente un campo eléctrico cuando se energiza, y produciendo secundariamente un campo magnético en el espacio.

    La antena de bucle consiste en un bucle de cable, que genera principalmente un campo magnético cuando se energiza y produce secundariamente un campo eléctrico en el espacio.


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