Principios de la radio

Una de las aplicaciones más fascinantes de la electricidad es 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 hizo pasar una corriente eléctrica a través de un conductor, se generó un campo magnético perpendicular al eje de flujo. Del mismo modo, si un conductor estaba expuesto a un cambio en el flujo magnético perpendicular al conductor, se producía un voltaje a lo largo de ese conductor.

Hasta ahora, los científicos sabían que la electricidad y el magnetismo siempre parecían afectarse entre sí en ángulos rectos. Sin embargo, un descubrimiento importante se esconde justo debajo de este concepto aparentemente simple de perpendicularidad relacionada, y su descubrimiento fue uno de los momentos cruciales en la ciencia moderna.

Relación de campos eléctricos y magnéticos

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 una ruta conductora para que fluya la corriente. Dicho de manera más formal, el descubrimiento de Maxwell fue este:

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 un espacio abierto, donde los campos eléctricos y magnéticos alternos se apoyan mutuamente mientras 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 se conoce mejor 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 estos tipos de radiación electromagnética es la frecuencia de su oscilación (alternancia de los campos eléctricos y magnéticos en polaridad hacia adelante y hacia atrás). Mediante el uso de una fuente de voltaje de CA y un dispositivo especial llamado antena , podemos crear ondas electromagnéticas (de una frecuencia mucho más baja que la de la luz) con facilidad.

Tipos de antena

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

Antenas dipolo y de bucle.

Si bien el dipolo parece nada más que un circuito abierto y el bucle un cortocircuito, estos trozos 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 a la dispersión en lugar de concentrarse entre dos placas muy poco espaciadas.

La trayectoria del cable cerrado de la antena de cuadro actúa como un inductor con un gran núcleo de aire, lo que nuevamente brinda una amplia oportunidad para que el campo se disperse de la antena en lugar de estar concentrado y contenido como en un inductor normal.

A medida que el dipolo accionado irradia su campo eléctrico cambiante al espacio, se produce un campo magnético cambiante en ángulos rectos, lo que mantiene el campo eléctrico más lejos en el espacio, y así sucesivamente a medida que la onda se propaga a la velocidad de la luz.

A medida que la antena de cuadro autoamplificada irradia su campo magnético cambiante al espacio, se produce un campo eléctrico cambiante en ángulos rectos, con el mismo resultado final de una onda electromagnética continua enviada desde la antena. Cualquiera de las dos antenas logra la misma tarea básica:la producción controlada de un campo electromagnético.

Funciones de una antena

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

Transmisor y receptor de radio básico.

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

REVISAR:

• James Maxwell descubrió que los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos perpendiculares, y viceversa, incluso en el espacio vacío.
• 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 un campo magnético cambiante cuando es alimentado por una fuente de CA de alta frecuencia, o interceptar un campo electromagnético y convertirlo en voltaje o corriente CA.
• El dipolo La antena consta de dos trozos de cable (que no se tocan), que generan principalmente un campo eléctrico cuando se energizan y, en segundo lugar, producen un campo magnético en el espacio.
• El bucle La antena consiste en un bucle de cable, que genera principalmente un campo magnético cuando se energiza y, en segundo lugar, produce un campo eléctrico en el espacio.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo básica de electromagnetismo e inducción electromagnética