Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos

AL12516421 Ramón Maldonado Antonio Ingeniería en logística y transporte

Proyecto: "La puesta en órbita de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso".

Objetivo: Desarrollar el modelo de la puesta de un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso usando las leyes de la gravitación universal.

Introducción: Las ecuaciones de maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen el campo electromagnético: formado por un campo eléctrico, y un campo magnético, su origen, comportamiento y relación entre ellos, incluyendo las ondas electromagnéticas como la luz. Básicamente, con estas ecuaciones es posible saber cómo va ser y cómo va a comportarse el campo electromagnético. Cuando una carga eléctrica en movimiento pasa por un campo electromagnético sufre una fuerza. Experimentalmente se comprueba que esta fuerza magnética ejercida por el campo es proporcional al valor de la carga y a su velocidad, y que la dirección de la fuerza es perpendicular a la velocidad de la carga, a esta fuerza se conoce como fuerza electromagnética o fuerza de Lorentz.

Modelo Teórico: Las ecuaciones de Maxwell representan una de las formas más elegantes y concisas de establecer los fundamentos de la Electricidad y el Magnetismo. A partir de ellas, se pueden desarrollar la mayoría de las fórmulas de trabajo en el campo. Debido a su breve declaración, encierran un alto nivel de sofisticación matemática y por tanto no se introducen generalmente en el tratamiento inicial de la materia, excepto tal vez como un resumen de fórmulas. Estas ecuaciones básicas de la electricidad y el magnetismo se pueden utilizar como punto de partida para los cursos avanzados, pero generalmente se encuentran por primera vez después del estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos, en forma de ecuaciones unificadoras.

Ecuaciones de Maxwell ∇ .E= ρε0∇ .B=0∇ . E=∂ B

∂ t

∇ .B=μ0 J+μ0 ε0∂ E∂ t

Fuerza de Lorentz: La magnitud de la fuerza depende de la orientación de la carga con respecto a la dirección del campo. La fuerza es mayor cuando el conductor es perpendicular al campo y cero cuando es paralelo a él. Resumiendo todos estos hechos, se concluye que la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q que se mueve con una velocidad v viene dada por la expresión :

Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicosLa fuerza electrostática es tangente en cada punto a las líneas de campo eléctrico, sin embargo, para el campo magnético se cumple que: La fuerza magnética es perpendicular a las líneas de campo B Si la carga q se encuentra además bajo la acción de un campo eléctrico E, la fuerza resultante que actúa sobre ella es:

Conocida como la fuerza de Lorentz.

Desarrollo: En equipo, retomen los resultados de las prácticas que realizaron para integrar el reporte: Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos. Este segundo reporte debe responder a los siguientes criterios:

ANTECEDENTES

PRÁCTICA 1 LEY DE FARADAY

CONCLUSIONES: Cuando el imán pasa con mayor lentitud el campo magnético se ve alterado solo en el momento es decir las partículas no se mueven solo cuando el imán transcurre en movimiento. Cuando el imán pasa con mayor velocidad la alteración del campo magnético es mayor y todas las partículas se mueven. Para la generación de electricidad esta es mayor cuando el imán pasa más rápido que cuando pasa más lento. A mayor velocidad mayor generación de energía, a menor velocidad menor generación de la misma.

PRACTICA 2 LA ONDA ELECTROMAGNETICA

CONCLUSIONES: En nuestra vida cotidiana el uso de la ondas magnéticas es continuó y muchas veces sin darnos cuenta ya que estas están inmersas dentro de todos nuestros ámbitos el conocer la importancia y la generación de las mismas no lleva entender el uso de las tecnologías y por qué cuando hay fenómenos meteorológicos estas redes de comunicación fallan ya que están compuestas por ondas electromagnéticas y también la influencia de la distancia para la claridad de las mismas

PRACTICA 3 MODELO DE CIRCUITO RCL

CONCLUSIONES: Como podemos observar la relación que hay entre los componentes de un circuito son importantes ya que de estos depende la transmisión correcta de energía así como su distribución adecuada ya que si no es l capacitor adecuado se puede llegar a romper la resistencia o bien a no aprovecharla al igual que si no se considera la inductancia no se generara lo que se requiere y abra fuga de energía o sobre explotación de la misma.

Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicosImplementación del proyecto:

1. Dispositivo para el envío de señales electromagnéticas.

Tanto la transmisión como la recepción de información se llevan a cabo mediante antenas. A la hora de transmitir, la antena irradia energía electromagnética en el medio. Por el contrario en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que la rodea. Para él envió de señales electromagnéticas se utilizan medios no guiados, principalmente el aire. Se radia energía electromagnética por medio de una antena y luego se recibe esta energía con otra antena. Al conjunto de técnicas de emisión de ondas hertzianas que permiten la transmisión de la palabra y de los sonidos se le denomina: Radiodifusión. Cuando los electrones oscilan en un circuito eléctrico, parte de la energía se convierte en radiación electromagnética. La frecuencia debe ser muy alta para producir ondas de intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan a la velocidad de la luz. Cuando una de esas ondas encuentra una antena metálica parte de su energía pasa a los electrones libres del metal y los pone en movimiento, formando una corriente cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la comunicación por radio. Un emisor de radio produce una radiación electromagnética concentrada de una determinada frecuencia, siendo recogida por una antena. De todas las ondas que entran en contacto con ella, el receptor tan solo amplificará las que estén sintonizadas con él.

2. Descripción del tipo de antena que servirá para recibir y transmitir señales electromagnéticas.

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre, existen diferentes tipos:

Antena colectiva: Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores, permite su utilización por diversos usuarios.

Antena de cuadro: Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría.

Antena de reflector o parabólica: Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.

Antena lineal: La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.

Antena multibanda: La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.

Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos Dipolo de Media Onda: El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una delas

antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz. Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante.

Antena Yagi: Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señal es televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos.

3. Dispositivo para recopilar información sobre el tipo de partículas que llegan al satélite.

Los satélites reciben y emiten un tipo especial de ondas electromagnéticas llamadas microondas, siguen siendo ondas electromagnéticas pero están dentro de un rango de frecuencias determinadas y tienen unas longitudes de ondas concretas. En la siguiente tabla mostramos algunos de los espectros electromagnéticos:

Espectros electromagnéticos de ondas electromagnéticas

4. Dispositivo para almacenar energía eléctrica.

Las fuentes de energía de los satélites pueden ser interna (baterías, células de combustible o generador radio isotópico) y externa (paneles solares):

Las Baterías Son usadas para sistemas eléctricos,

Los generadores termoeléctricos Radio isotópicos son la solución cuando, por lejanía, oscuridad u otra razón como la mayor potencia, no es posible utilizar paneles solares.

Paneles solares Consiste de dos secciones idénticas extendidas simétricamente en las paredes norte y sur del satélite. Cada sección está compuesta por tres paneles solares, los cuales convierten la energía solar en energía eléctrica. Un panel solar es una colección de celdas solares, las cuales extendidas sobre toda su superficie proveen suficiente potencia para el satélite.

Evidencia de aprendizaje. Uso de las leyes de Maxwell y dispositivos electrónicos5. Elabora un mapa mental de la implementación del proyecto en lo que se

refiere a las leyes de Maxwell.

REFERENCIAShttp://www.ieslaaldea.com/documentos/tecnologia/tecnocomunic01.pdf http://www.ensenadamexico.net/hector/it/reporte_antenas.php http://www.cosmonautica.es/11.html#_electricos

López, Victoriano. (2013).Electromagnetismo 1.Madrid, España: UNED.