Lección 6.- Ondas Electromagnéticas Física II – E.U.P. Topografía Física II. EUP Topografía - Lección 6

Lección 6.- Ondas Electromagnéticas 6.1.- Introducción. 6.2.- Ecuaciones de Maxwell. 6.3.- Ondas Electromagnéticas (OEM). 6.4.- Energía y cantidad de movimiento en una OEM. Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.1.- Introducción. Física II. EUP Topografía - Lección 6 Las ecuaciones de Maxwell, propuestas por primera vez por James Clerk Maxwell, reunen las leyes experimentales de la electricidad y el magnetismo, introducidas en capítulos anteriores. Estas ecuaciones desempeñan en el electromagnetismo un papel análogo, a las leyes de Newton en la Mecánica. Con estas ecuaciones Maxwell pudo demostrar la existencia de las ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas son originadas por cargas eléctricas aceleradas y fueron producidas por primera vez en el laboratorio por Heinrich Hertz en 1887. Maxwell mostró que la velocidad de las ondas electromagnéticas en el espacio vacío es Esta velocidad coincidía aproximadamente con la velocidad medida de la luz, con lo que Maxwell supuso correctamente que la luz es una onda electromagnética. Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.2.- Ecuaciones de Maxwell. Las ecuaciones de Maxwell son, Ley de Ampere Modificación de Maxwell Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.3.- Ondas electromagnéticas. Si se considera el espacio libre en el que no hay cargas (Q=0) ni corrientes (I=0) se tiene que las ecuaciones del problema a tratar son Si se supone que E y B son funciones del tiempo y de una sola coordenada espacial tomada como x, se tiene que a partir de las ecuaciones anteriores se llega a Ecuación de una onda plana Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.3.- Ondas electromagnéticas. También se demuestra que: Los campos E y B de la OEM son perpendiculares entre sí. Ambos son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda (onda transversal). Las magnitudes de E y B están en fase y se relacionan por la expresión Campo eléctrico Campo magnético Dirección de propagación Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.3.- Ondas electromagnéticas. Espectro de ondas electromagnéticas. Rayos  (10-3 A  0.3 A) Rayos X (0.3 A  300 A) Ultravioleta (300 A  400 nm) Visible (400 nm  700 nm) Infrarrojo (700 nm  1 mm) Microondas (1 mm  1 m) Ondas de radio (1 m  kms) Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.3.- Ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas se presentan cuando: Se aceleran las cargas eléctricas Cuando los electrones ligados a átomos y moléculas verifican transiciones a estados de menor energía Antenas receptoras Antena dipolar emisora Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.4.- Energía y cantidad de movimiento transportado en una OEM. Como todas las ondas, las OEM transportan energía y cantidad de movimiento. La energía transportada se describe por la intensidad, es decir, la energía que por unidad de tiempo y unidad de área incide sobre una superficie perpendicular al área de propagación. La intensidad de una onda I es igual al producto de la velocidad de la onda por la densidad energética media, ηm La densidad energética total de la onda u es la suma de las densidades energéticas eléctrica y magnética. Estas vienen dadas por, Como E=cB, se tiene que, Por tanto las densidades energéticas eléctrica y magnética son iguales. Física II. EUP Topografía - Lección 6

6.4.- Energía y cantidad de movimiento transportado en una OEM. La densidad energética total es, Entonces la intensidad instantánea, tambén denominada como módulo del vector de Poynting, viene dada por, Y el vector de Poynting que apunta en la dirección de propagación de la energía es, De este modo la intensidad es el valor medio de la intensidad instántánea, Física II. EUP Topografía - Lección 6