04 microondas polarización absorción

8/16/2019 04 Microondas Polarización Absorción

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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DESANTANDER

SEDE BARBOSAFACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE FÍSICA

GUÍA DE LABORATORIO PRACTICA N° 081. IDENTIFICACIÓN: ASIGNATURA: LABORATORIO DE FÍSICA III TEMA: MICROONDAS: Polarización. A!orción DOCENTE: CARLOS PERUC"O2. INTRODUCCIÓN Las ondas electromagnéticas (OEM) juegan un rol preponderante en muchos aspectos de nuestra vida. La luzvisible que nos contacta con el mundo que nos rodea, las ondas de radio televisi!n que nos comunican, los "aos# que audan a detectar nuestras en$ermedades, son los ejemplos m%s $amiliares de ondas electromagnéticas.&oda onda es una perturbaci!n de alguna propiedad $'sica que se propaga. na OEM es una perturbaci!n de uncampo eléctrico E, que necesariamente va acompaada de una perturbaci!n de un campo magnético B, de tal modo

que ambas perturbaciones se propagan (en el vac'o) a la velocidad c * +.-ms, lo que se denomina/velocidad de la luz/ es una constante $undamental de la 0'sica.12!mo puede generarse una OEM3 na $orma bastante $amiliar a todos nosotros (ondas de radio) es a través dehacer oscilar electrones en una antena. En e$ecto, los electrones que oscilan en la antena producen al mismo tiempoun campo eléctrico oscilante un campo magnético oscilante, los que, con$orme a las lees $undamentales delelectromagnetismo, se contin4an generando el uno al otro, propag%ndose as' en el espacio.&oda la radiaci!n electromagnética conocida, abarca un espectro de $recuencias ( por lo tanto de longitud deonda) de m%s de 5 !rdenes de magnitud.Las microondas son OEM que abarcan un rango de longitudes de onda entre algunos mil'metros hasta un par dedecenas de cent'metros. 6or esta caracter'stica constituen una herramienta valiosa para el estudio de los$en!menos ondulatorios, como transici!n entre las ondas mec%nicas, generalmente visibles a simple vista7 la luzvisible que corresponde a longitudes de onda mucho m%s pequeas (del orden de los micrones). 6or otra parte, lasmicroondas tienen una gran importancia pr%ctica a que se utilizan en $orma preponderante en los sistemasmodernos de comunicaci!n (por ejemplo, comunicaciones tele$!nicas).

3. OBJETIVOS 8 En este primer contacto con el estudio de las OEM, se debe superar la barrera de comprensi!n que siempre e9isteentre aquellos $en!menos observables a simple vista (por ej. ondas mec%nicas) aquéllos que lo son indirectamentemediante el uso de instrumentos apropiados.8 : través de un en$oque $enomenol!gico te!rico8e9perimental, se pretende $amiliarizarse con la generaci!n,

propagaci!n detecci!n de ondas electromagnéticas, en este caso espec'$ico microondas.8 Medir la distribuci!n del campo transversal longitudinal de microondas delante de una antena de bocina.8 ;emostrar la polarizabilidad de microondas determinar la polarizaci!n de las microondas emitidas.8 Medir la seal recibida por la sonda de campo E como una medida de la potencia de microondas transmitida

detr%s de al$ombras de espuma secas h4medas.4. MARCO TEÓRICOLas microondas son generadas, por ejemplo, en una cavidad resonante, en donde la $recuencia est% pre$ijada por elvolumen de la cavidad resonante. 2omo detector se utiliza una sonda E (sonda de campo eléctrico), con la quemide la componente del campo eléctrico paralela a la sonda. La seal de salida de la sonda es proporcional alcuadrado de la intensidad del campo con ello a la intensidad de las ondas electromagnéticas.Las microondas son ondas electromagnéticas con $recuencias entre +Mmm. :unque las $recuencias est%n por debajo de las de luz visible en m%s de + !rdenes de magnitud, puedencompararse muchas propiedades de radiaci!n de microondas con las de luz visible. 6or ejemplo, pueden


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polarizarse las microondas de la misma manera como las ondas de luz. ?i el campo eléctrico oscila en un plano$ijo, esto se llama polarizaci!n lineal. &al polarizaci!n lineal puede crearse o analizarse por medio de un

polarizador. ?i una onda linealmente polarizada con una amplitud de campo eléctrico E incide en un polarizador que se gira respecto a la direcci!n de polarizaci!n de la onda por un %ngulo @, la componente del campo

E(@)*Ecos @ (A) pasar% el polarizador. 6or consiguiente la intensidad de la onda es

A(@)*Acos5 @ (AA)detr%s del polarizador. En !ptica, la ecuaci!n (AA) es conocida como la le de Malus.


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Fig. 1 Estructura interior de la fuente de microondas y distribución del campo eléctrico E en el modo dominante de la

oscilación de la cavidad elemento !unn" ! cavidad" " diafragma pin#ole"# gu$a de onda" $ antena de bocina.

En la cavidad, se generan ondas electromagnéticas estacionarias cuas longitudes de onda son determinadas por lasdimensiones de la cavidad. ?i la cavidad se hace m%s pequea, la longitud de onda se hace m%s corta la$recuencia se aumenta. La $recuencia también puede cambiarse introduciendo un ( pin) al$iler dieléctrico.En el modo dominante, la $recuencia de resonancia est% dada por

f =c

2 √ 1

s2+

1

b2

()

cB velocidad de la luz, bB anchura de la cavidad sB longitud de la cavidad (aqu'B la distancia entre el dia$ragma pin#ole el elemento de =unn, vea la 0ig. >)6ara s * 55mm b * 5+mm, f * F.G=


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microondas por el agua. La absorci!n de microondas por una al$ombra de espuma humedecida se compara con laabsorci!n por una seca. Esta investigaci!n tiene dos aspectos interesantes que se consideran en las aplicacionestécnicas. 6or un lado, la absorci!n de potencia de microondas por medios que contienen agua se usa para secar ,en las casas, para cocinar. 6or otro lado, absorbentes de microondas se hacen para que ellos satis$agan un prop!sitointencional, son $abricados con espuma pl%stica o caucho, impregnados o recubiertos con conductores ocompuestos polares.

%. CONSULTA8 =eneraci!n de microondas. :plicaciones. 8 =u'a de ondas 8 6olarizaci!n de OEM 8 :bsorci!n de OEM

&. MONTAJE ' PROCEDIMIENTONo%a! &$ !$*#ri&a&K:tenci!n, potencia de microonda La potencia de microondas suministrada por el oscilador =unn es de apro9. >8>mH que es peligroso para el e9perimentador. ?in embargo, para que se preparen los estudiantes para ocuparsede sistemas de microondas con potencia superior, ellos deben practicar ciertas reglas de seguridadB C Nunca mire directamente a la antena de bocina transmisora. C :ntes de posicionar algo en el arreglo e9perimental, siempre desconecte el oscilador =unn.)omentarios

*a medición resultante puede distorsionarse por la refle+ión de las microondas en superficies verticales de ob(etos

cercanos al arreglo e+perimental Esco(a la dirección de transmisión de la antena de bocina para ,ue las

superficies reflectoras estén a una distancia de por lo menos -m. i es posible" use absorbentes de microondas

para construir una cmara de medición libre de refle+iones.

El campo magnético variante de microondas puede inducir volta(es en las vueltas del cable Evite los bucles del

cable.

Par%$ I: El arreglo e9perimental se ilustra en la 0ig. G.86ara medir las distancias, haga una regla larga de Icm pegando una escala de papel, o use una regla.82onecte el oscilador =unn a la antena de bocina con los conectores r%pidos +,.8:linee la antena de bocina horizontalmente, atornille la varilla de 5cm de longitud con el hilo correspondiente sujételo a una base cil'ndrica.82onecte el oscilador =unn a la salida O& con un cable JN2. 2onecte la sonda de campo E al ampli$icador deentrada el volt'metro a la salida ;2 O& de la $uente de alimentaci!n =unn.82oloque la sonda de campo E delante de centro de la antena de bocina.8?it4e la $recuencia de modulaci!n con el ajustador de $recuencia +a, para que el mult'metro despliegue la m%9imaseal recibida.

Figura - rreglo e+perimental ',uierdo para medir la distribución del campo delante de la antena de bocina. Derec#o para

determinar la polari'ación

Par%$ II: El arreglo e9perimental se ilustra en la 0ig. .82onecte el oscilador =unn a la antena de bocina con los conectores r%pidos +,.8:linee la antena de bocina horizontalmente, atornille la varilla de 5cm de longitud con el hilo correspondiente sujételo a una base cil'ndrica.82onecte el oscilador =unn a la salida O& con un cable JN2. 2onecte la sonda de campo E al ampli$icador deentrada el volt'metro a la salida ;2 O& de la $uente de alimentaci!n =unn.


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82oloque la sonda de campo E delante de centro de la antena de bocina.8?it4e la $recuencia de modulaci!n con el ajustador de $recuencia +a, para que el mult'metro despliegue la m%9imaseal recibida.86onga un pedazo de tela absorbente o empapele el arreglo e9perimental, coloque la placa dieléctrica (+mm) delos accesorios de microondas a una distancia de apro9. >cm de la antena de bocina.8Jusque a una distancia entre la sonda de campo E la placa dieléctrica para que el voltaje medido sea tan alto

como sea posible.)omentario )omo las microondas también se refle(an ligeramente en el albergue de la sonda de campo E" la

medición de la se2al e+#ibe una pe,ue2a porción de onda estacionaria incluso detrs de la placa de dieléctrico.

PROCEDIMIENTO S()$*$+",: 3ealice inicialmente los numerales 1 a & de la parte " luego si" inicie la parte . 4ranscurrido eltiempo indicado realice el numeral - de la parte y continué con la parte .

Par%$ I a, Di!%ri#ción &$l ca')o %ran!-$r!al:8 2oloque la sonda del campo E delante de la antena de bocina a la distancia + * >cm.8 ar'e la posici!n de la sonda de campo E entre y * 85cm 5cm en pasos de Gcm. 6ara cada caso lea la sealrecibida 5 an!tela en la tabla >.8 "epita la medida para la distancia + * 5cm., Di!%ri#ción &$l ca')o lon*i%#&inal:

8 2oloque la sonda del campo E delante del centro de la antena de bocina ( * cm).8 Mida la seal recibida 5 entre + * >cm I5cm en pasos de Gcm an!tela en la tabla 5.

Figura 6 rreglo e+perimental para medir la absorción de microondas

c, Polarización:6rimeroB >. ?ostenga la sonda de campo E verticalmente luego horizontalmente delante de la antena de bocina, mida la seal recibida 5 en ambos casos.LuegoB 5. 2oloque la sonda de campo E delante del centro de la antena de bocina (distancie apro9. +cm), pongael polarizador de red en el campo entre la antena de bocina la sonda de campo E.+. "ote el polarizador de red de P * Q a >IQ en pasos de >Q. 2ada medida de tiempo de la seal recibida an!tela.G. entoncesB =ire la antena de bocina con el oscilador =unn en la vertical, atornille la varilla de posici!n en el hilocorrespondiente, coloque la antena de bocina a la distancia anterior del polarizador de red la sonda de campo E.

. ;e nuevo rote el polarizador de red de Q a >IQ en pasos de >Q. 2ada vez mida la seal recibida an!tela en latabla +.Par%$ II >. Lea la seal recibida, an!tela.5. ?ujete la al$ombra de espuma detr%s de la placa de dieléctrico, mida la seal recibida.+. oscilador =unn, > antena del bocina grande, > varilla de 5Gmm, con hilo, > $uente de alimentaci!n =unn con


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ampli$icador, > sonda de campo E, > accesorios de microondas7 > volt'metro, 5 bases cil'ndricas7 5 cables JN2 ,5m de longitud7 > par de cables, >m negro, > juegode absorbentes de microondas, regla o papel milimetrado.

8. AN/LISIS DE RESULTADOS Par%$ I a, Di!%ri#ción &$l ca')o %ran!-$r!al:>. Normalice los valores de la tabla >, tome 5 * 5 (>cm, cm) complete la tabla .

&ablaB ?eal recibida Normalizada(distribuci!n transversal)

+0 7 10cm +0 7 %0cm y8cm9 5/5 0 5/5 0

:%0

:1;

<%0

5. "epresente en una misma gr%$ica (5 5 ) versus y(cm) para + * >cm para + * 5cm. tilice convencionesdi$erentes para representar los puntos (por ejemplo circulo cuadrado) para cada +. &race para cada conjunto de

puntos una curva suave de interpolaci!n (de color di$erente).+. :nalice las curvas obtenidas comp%relas., Di!%ri#ción &$l ca')o Lon*i%#&inal:G. Normalice los valores de la tabla 5, tome también 5 * 5 (>cm, cm) complete la tabla R.

&ablaRB ?eal recibida normalizada (distribuci!n longitudinal)

+8mm9 5/5 010

1-

<=%

. "epresente en otra gr%$ica (5 5 ) versus +(cm) para y * cm. &race una curva suave que interpole los puntos.R. En la misma gr%$ica trace una hipérbola cuadr%tica trazada como una l'nea punteada en el gr%$ico de campolejano 5 S E 5 S > +5.T. :nalice la curva obtenida comp%rela con la hipérbola, 1ha concordancia para todos los valores de +312oncuerda para algunos valores de +3 Uusti$ique su respuesta.

c, Polarización:I. En cu%l de las posiciones de la sonda de campo E (vertical u horizontal), la seal recibida est% m%s pr!9ima acero. KVue signi$ica respecto de la polarizaci!n de las ondas transmitidas3F. Normalice los valores de la tabla +, tome también 5 * 5 (>cm, cm) complete la tabla T.&abla TB ?eal recibida (P) detr%s del polarizador de red con la sonda de campo E siendo alineada verticalmente

ntena de bocina #ori'ontal ntena de bocina vertical

>8grados9 5/5 0 5/5 00

10

<1=0

>. "epresente en una misma gr%$ica (5 5 ) versus PWgradosX para la antena en posici!n horizontal para la antena

en posici!n vertical. tilice convenciones di$erentes para representar los puntos (por ejemplo circulo cuadrado) para cada posici!n de la antena.>>. En la misma gr%$ica del numeral R trace la curva te!rica (5 5 ) * senG P con una l'nea s!lida. (ea Nota)>5. En la misma gr%$ica del numeral R trace la curva te!rica ( 5 5 ) * cos5 P sen5 P con una l'nea punteada o deotro color. (ea Nota)>+.


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est entre las fran(as de metal del polari'ador de red y la vertical. *a sonda del campo E" también se alinea

verticalmente" entonces las medidas de la componente E 7 E p sen%> 7 E 0 sen

%> y genera la se2al recibida 5 7

5 0 sen->.

i las ondas se polari'an #ori'ontalmente" el campo eléctrico detrs del polari'ador de red ser E A 7 E 0cos >. Entonces la sonda de campo E mide la componente E 7 E A sen > 7 E 0cos > y genera la se2al recibida 5 7 5 0cos%

> sen% >

Figura ;. )lculo de las componentes del campo eléctrico

>G. Las microondas 1son ondas transversales o longitudinales3 16ueden polarizarse3 1En qué direcci!n respectodel ancho de la antena de bocina el campo eléctrico se polariza delante de la antena3

>. 12!mo cambia la seal transmitida de la antena de bocina al aumentar la distancia3 : grandes distancias 1c!moes la relaci!n entre el campo eléctrico de la seal la distancia3>R. 12!mo es la relaci!n entre el campo eléctrico la seal recibida3Par%$ II Jajo la hip!tesis que la re$le9i!n de la placa dieléctrica puede ignorarse, la proporci!n absorbido en laal$ombra de espuma es calculada de la potencia de microondas 6 medida sin la al$ombra de espuma la potencia

A medido detr%s de la al$ombra de espuma. El voltaje de salida 5 de la sonda de campo E es proporcional a la potencia A de las microondas, por consiguiente

A = P

0− P

P0

=

U 0−U

U 0

>T.


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MICROONDAS: Polarización. A!orción

0echaB]]]]]]]]]] =rupoB]]]]]] ?ubgrupo]]]]]] Estudiantes]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

Par%$ I: Di!%ri#ción &$l ca')o %ran!-$r!al:Tala 4: S$5al r$cii&a+6721,+&i!%ri#ción %ran!-$r!al,

+0 7 10cm +0 7 %0cm

y8cm9 58m9 58m9

:%0

:1;

<%0

a, Di!%ri#ción &$l ca')o lon*i%#&inal:Tala 8: S$5al r$cii&a U+627, +&i!%ri#ción lon*i%#&inal,

+8mm9 58m9

10

1-

<=%

,Polarización::ntena de bocina horizontal, sonda de campo E verticalB 5 * ]]]]]]]]] :ntena de bocina horizontal, sonda de campo E horizontalB 5 * ]]]]]]]

Tala 9: S$5al r$cii&a U+, &$%r3! &$l )olariza&or &$ r$& con la !on&a &$ ca')o E !i$n&o alin$a&a -$r%ical'$n%$

ntena de bocina #ori'ontal ntena de bocina vertical

>8grados9 58m9 58m9

0

10

<1=0

Par%$ IITala ;: S$5al r$cii&a U &$ la !on&a &$ ca')o E

Ma%$rial UV/6laca dieléctrica (62)

Espuma secaEspuma mojadaEspuma h4meda

Observaciones.

]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] o.Jo. 6ro$esor ($irma)

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