Objetivos Explicar, de manera simple, qué es la energía electromagnética, cómo se mueve en el espacio, y por qué es importante para la Ingeniería en Telemática Explicar como se estudian y controlan las características de movimiento de la energía EM Presentar algunas aplicaciones que se logran moviendo energía EM de manera controlada Presentar el contenido y la importancia de las asignaturas de “Ondas Guiadas” y “Microondas, Satélites y Antenas”
Fuerzas eléctrica y magnética Un cuerpo con carga eléctrica ejerce una fuerza sobre otro cuerpo que también tiene carga (LEY DE COULOMB) Si los cuerpos se estan moviendo uno respecto a otro, aparece una fuerza adicional (LEY DE BIOT-SAVART) En el mundo real, la fuerza eléctrica que actua sobre un cuerpo es la resultante de TODAS las fuerzas que producen TODOS los cuerpos con carga que hay en el espacio La fuerza magnética por otro lado, es la resultatne de TODAS las fuerzas que producen TODAS las cargas del espacio (debido a su movimiento relativo) (Gp:) Fe (Gp:) q (Gp:) Carga eléctrica (Gp:) Carga eléctrica (Gp:) v (Gp:) Fm (Gp:) q Fuerza eléctrica (Gp:) q Fuerza magnética
Energía electromagnética A pesar de la fuerzas eléctrica y magnética, un cuerpo con carga no necesariamente se mueve, debido a que hay otras fuerzas actuando sobre él Esto implica que el espacio tiene energía electromagnética almacenada: si todas las otras fuerzas se hicieran cero el cuerpo se movería en respuesta a las fuerzas eléctrica y magnética (realizandose así un trabajo) (Gp:) Fuerza eléctrica (Gp:) Otras fuerzas (Gp:) q (Gp:) Fuerza magnética
La energía electromagnética puede viajar (Gp:) q Trabajo para mover un cuerpo con carga (Gp:) e- Energía en movimiento Trabajo para mover electrones (Gp:) De una manera MUY IDEALIZADA, podemos decir que la energía viaja como series de paquetes semiesféricos consecutivos.
Ejemplos: 1) Transmisora de TV: Realiza un trabajo para mover electrones en la antena de la transmisora Equipo de TV: 1) La energía radiada por la transmisora se convierte en trabajo al producir una corriente en la antena del TV 2) La energía infrarroja se convierte en trabajo al generar corriente en el detector del control remoto 2) Control remoto: Realiza un trabajo para mover electrones en la fuente infrarroja
Características del movimiento Dirección y sentido Amplitud Longitud de paquetes Frecuencia Profundidad de penetración Dispersión Velocidad (Gp:) S (x,y,z,t) We (x,y,z,t) Wm (x,y,z,t) Para describir la manera como se mueve y distribuye la energía EM, usamos funciones: ?/2 2f ? x y z (Gp:) S (x,y,z,t)
Algunos ejemplos clásicos Luz Radio FM Celulares Acceso móvil de BA Comunicaciones satélites (banda C) Lineas de transmisión Longitud de paquetes (?/2) Paquetes por segundo (2f) Micrometros Metros 15-20 centímetros ~ 6 centímetros ~ 2.5 centímetros ~ 2500 Km ~1014 ~10 6 (i.e., Megahertz) ~ 1600 * 10 6 ~ 5 * 10 9 ~ 12 * 10 9 120
¿Cómo controlamos el movimiento? Cables/Líneas de Transmisión Guías de onda Fibras ópticas Antenas
Algunos campos de aplicación Radiodifusión Acceso de Banda Ancha Fijo Power Line Communications Redes Inalámbricas (WIFI, WIMAX) Bluetooth Administración de cadenas de suministro Tele-medicina Comunicaciones digitales
¿Qué tenemos que saber? Fuentes: Densidad de Carga (?) Distribución de Corriente (J) Energía: Densidad de Flujo de Potencia (S) Densidades de energía eléctrica y magnética (Gp:) x (Gp:) y (Gp:) z (Gp:) q (Gp:) q (Gp:) q (Gp:) S (x,y,z,t)
¿Cómo lo estudiamos? Sistema EM Ecuaciones de Maxwell: Ley de Faraday Ley de Ampera Leyes de Gauss Rels. Constitutivas del Medio J ? (Gp:) E (Gp:) B (Gp:) D (Gp:) H (Gp:) S We Wm
¿Dónde estudiamos la física del electromagnetismo y sus aplicaciones? Sistemas Lineales e Invariantes en el tiempo/espacio Sistemas NO lineales y sistemas que cambian en el tiempo y el espacio Licenciatura: Elementos de física Ondas Guiadas Microondas, Satélites y Antenas Postgrado
Conclusiones El mundo en que vivimos está repleto de energía electromagnética estática y en movimiento La energía se puede tomar del espacio y convertir en trabajo útil para los seres humanos Ademas de poder tomar la energía que ya está en el aire, podemos poner mas energía, y controlar su movimiento La posibilidad de poner y tomar energía del medio ambiente, así como de controlar su movimiento, nos lleva a aplicaciones de alto valor humano y comercial Para poder entender y controlar a la energía electromagnética, es necesario estudiar al medio ambiente como un sistema, y resolver sus ecuaciones características: las ecuaciones de Maxwell