micro-ondas

TRANSMISIN Y ABSORCIN POR MICROONDAS

KARLA JULISSA RETIF BURGOS 141396MISAEL NAVA BAUTISTA 142885

1martes 14 de mayo de 13

PLAN DE PRESENTACIN

Objetivo

Fundamento Terico

Procedimiento experimental

Equipos, instrumentos y materiales

Anlisis de Datos y /o modelos fsicos

Observaciones

Conclusiones2

martes 14 de mayo de 13

OBJETIVO

3

Analizar la transmisin y absorcin de microondas en funcin del espesor y la concentracin de sal en agua,

esperando un comportamiento exponencial


FUNDAMENTO TERICO

Se denomina microondas a las ondas electromagnticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300MHz y 300 GHz, que supone un perodo de oscilacin de 3 ns a 3 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm.

4

Figura 1. Espectro electromagntico


Las microondas se pueden dividir en dos categoras de dispositivos: de estado slido y basados en tubos de vaco.

Los dispositivos de estado slido para microondas estn basados en semiconductores de silicio o arseniuro de galio

Los dispositivos basados en tubos de vaco operan teniendo en cuenta el movimiento balstico de un electrn en el vaco bajo la influencia de campos elctricos o magnticos entre los que se incluyen el magnetrn, el klistrn, el TWT y el girotrn


6Figura 2. magnetrn utilizado para la emisin de microondas


7La cantidad y localizacin de la energa absorbida por un cuerpo expuesto a la radiacin de microondas dependern del tamao del cuerpo y de la longitud de onda de la radiacin, as como tambin de la posicin del primero en el campo de la radiacin. Cuando la longitud o el grosor de una parte del cuerpo son ligeramente inferiores a la longitud de onda de la radiacin, se producen formas muy complicadas de dispersin y absorcin. La radiacin de microondas se absorbe de manera tan irregular que pueden formarse puntos calientes.


La atenuacin de las microondas obedece a la ley exponencial de Lambert-Beer

Siendo: Io: intensidad incidente, I: Intensidad de salida, x: espesor : coeficiente de atenuacin.

El coeficiente de atenuacin () es una caracterstica de cada medio. Si dicho coeficiente es muy grande, el medio absorbe mucho y disminuir la penetracin.

8

(1)


En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor (figura 1 a), pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro (figura b). Este fenmeno se conoce como efecto pelicular, o efecto skin.


10

Figura 3. Distribucin de la densidad de corriente en un conductor macizo cuando es recorrido por:

a) corriente continua y b) corriente alterna


El efecto pelicular se debe a que la variacin del campo magnetico es mayor en el centro, lo que da lugar a una reactancia inductiva mayor, y, debido a ello, a una intensidad menor en el centro del conductor y mayor en la periferia


Se define la profundidad superficial de los conductores al rea efectiva por la que circula corriente en el conductor. Depende de la frecuencia, permeabilidad magntica y resistividad del material

Siendo: : frecuencia angular = 2f, : permeabilidad magntica y : conductividad elctrica.

12

(2)


PROCEDIMIENTO Para llevar a cabo el objetivo se realizaron tres

experimentos.


PARA EL PRIMER EXPERIMENTO, SE ANALIZ LA TRANSMISIN DE MICROONDAS EN FUNCIN DEL ESPESOR DE HOJAS

IMAGEN 1. SISTEMA UTILIZADO PARA EL PRIMER EXPERIMENTO


IMAGEN 2. MTODO DE TOMA DE DATOS


IMAGEN 3. MTODO DE TOMA DE DATOS DESPUES DE ALGUNAS MEDICIONES


IMAGEN 4.TOMA FRONTAL DEL SISTEMA EN LA ULTIMA TOMA DE DATOS


EN EL SEGUNDO EXPERIMENTO, SE ESTUDI LA TRANSMISIN DE MICROONDAS EN FUNCIN DE LA CONCENTRACIN DE AGUA EN SAL

IMAGEN 5. SISTEMA UTILIZADO PARA EL SEGUNDO EXPERIMENTO


IMAGEN 6. MTODO DE TOMA DE DATOS CON UNA TOALLA DE PAPEL HUMEDA


IMAGEN 7. MTODO DE TOMA DE DATOS CON UNA TOALLA DE PAPEL HUMEDECIDA CON SAL


FINALMENTE, EN EL TERCER EXPERIMENTO, SE ANALIZ LA ABSORCIN DE MICROONDAS EN FUNCIN DE LA CONCENTRACIN, PERO CON UN

HORNO DE MICROONDAS.

IMAGEN 8. SISTEMA UTILIZADO PARA EL TERCER EXPERIMENTO


IMAGEN 9. MTODOS POR LOS CUALES SE TRATO DE CALCULAR LA LONGITUD DE ONDA DEL MICROONDAS


IMAGEN 10. MEDICIN DE LOS NODOS DE LA MICROONDA


IMAGEN 11. MEDICIN DE LA TEMPERATURA DESPUS DE HABER ESTADO 10 S EN EL MICROONDAS


EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES


26

Nivel TruperNivel Elite screens3 Soportes universales2 corchosMicrowaive receiver Pasco scientific

Incertidumbre = .02 mAMicrowaive transmiter Pasco scientific

=10.5GHZ

P=15MW 9 Nueces5 varillas 3 Clips para 200 hojas3 Clips para 20 hojasCinta aislante elctrica de vinil Scotch super 33Vernier Mitutoyo

Incertidumbre = .01 mmCronometro Hanhart

Incertidumbre = .1 sBascula Navigator Ohaus Model N00330

Incertidumbre = .001 g

White high capacity touchless Roll Towels GP Charola de unicel Regla Baco Incertidumbre = .1 mm Agua destilada Sal de mesa Queso Manchego NocheBuena 3 vasos de precipitado de 30 ml P.K Mexico Incertidumbre = 5ml Jeringa de 10 ml Incertidumbre = .2 ml 2 vasos de precipitado de 250 ml Kimax

Mexico Incertidumbre= 50 ml Thermometer Ektech Instruments 40131K

Type-K Incertidumbre= .1C Horno Microondas Frigidaire =2450 MHz

P=1250 kW


DATOS EXPERIMENTALES, ANLISIS DE DATOS Y/O

MODELOS FSICOS


ECUACIONES UTILIZADAS

28

(3)

(4)

(5)(6)


GRFICA 1. AJUSTE EXPONENCIAL DE LA TRANSMISIN (MA) EN FUNCIN DEL ESPESOR (M), CON EL KIT DE MICROONDAS.

29

Y SE OBTIENE LA SIGUIENTE RELACIN:

DONDE, T ES LA TRANSMISIN EN (MA) Y X ES EL ESPESOR EN M.

.

(7)


GRFICA 2. RESIDUOS OBTENIDOS DEL AJUSTE EXPONENCIAL DE LA TRANSMISIN EN FUNCIN DEL ESPESOR.


GRFICA 3. AJUSTE LOGARTMICO DE LA TRANSMISIN (MA) EN FUNCIN DEL TIEMPO (S) EN EL KIT DE MICROONDAS PARA 10 GR DE

CONCENTRACIN.


GRFICA 4. AJUSTE LOGARTMICO DE LA TRANSMISIN (MA) EN FUNCIN DEL TIEMPO(S) EN EL KIT DE MICROONDAS, PARA TRES

DIFERENTES CONCENTRACIONES DE SAL. DONDE CADA UNA CORRESPONDE DE 0GR, 7.5GR Y 10 GR. DE FORMA DESCENDENTE.

32

!

0!

0.2!

0.4!

0.6!

0.8!

1!

1.2!

1.4!

0! 100! 200! 300! 400! 500! 600! 700! 800!

Tran

smisin)(m

A))

Tiempo)(s))

0gr!

7.5gr!

10gr!


Para la grfica 3, se obtienen las siguientes relaciones, para cada una de las concentraciones:

donde, T es la transmisin en mA

y t es el tiempo en segundos.

33

(8)

(9)

(10)


GRFICA 5. TRANSMISIN (MA) EN FUNCIN DE LA CONCENTRACIN EN EL KIT DE MICROONDAS, PARA UN T= 220S.


GRFICA 6. AJUSTE EXPONENCIAL DE LA TEMPERATURA (C) EN FUNCIN DE LA CONCENTRACIN (GR) EN EL HORNO DE MICROONDAS.


TABLA 1. VALORES PARA CADA AJUSTE DEL COEFICIENTE DE TRANSMISIN PARA LAS GRFICAS 1 Y 3, Y ABSORCIN PARA LA

GRFICA 5. A SU VEZ, SE MUESTRA EL VALOR DE PREDICCIN DE CADA UNA DE LAS GRFICAS.

36

Coeciente R^2Grca 1 -60,47 0,7887Grca 3 ( 0gr)

-0,2951 0,9551Grca 3 (7.5 gr)

0,2524 0,9899Grca 3 (10gr)

0,2323 0,994

994Grca 5 -0,07773 0,632

632


TABLA 2. VALOR EXPERIMENTAL Y TERICO DE LA DEL MICROONDAS UTILIZADO. A SU VEZ, SE MUESTRA LA DESVIACIN ESTNDAR ENTRE

DICHOS VALORES.

37

exp (m)

terica (m)

0.1290 0.1223 0.0047


OBSERVACIONES

38

Para realizar los tres experimentos anteriores, se tuvieron varias complicaciones al momento de su

realizacin


Nivelar el equipo

Oscilacin de datos, debido a que una parte es absorbida y otra reflejada (interfermetro de fabry- perot)

Complejidad del sistema

Se tuvo que fijar el sistema con cinta aislante

Checar que no queden huecos de aire entre las hojas

39

Para el caso de la transmisin en funcin del espesor, se presentaron las siguientes:


Ineficiencia del primer sistema

Es muy complicada la lectura de la transmisin

El transmisor y el receptor se tenan que ajustar perfectamente perpendicular y horizontal y exactamente uno enfrente del otro.

Sistematizacin del sistema

Factores externos (humedad, temperatura, etc)

40

En funcin de la concentracin


Pruebas para determinar la longitud de onda del horno

Complejidad para encontrar los puntos donde se fundia el queso.

Se coloc el vaso de precipitado en un extremo del plato giratorio

Esperar a que el agua llegara a un equilibrio termico

41

Absorcin En funcin de la concentracin para el caso del horno de microondas


Para el experimento 1:

Se obtuvo un ajuste exponencial de la transmisin (mA) en funcin del espesor (m), obteniendo un comportamiento muy similar al esperado en la ecuacin 1.

En la tabla 1, se observa una R^2 muy cercana a 1.

42

CONCLUSIONES



Se obtuvo un ajuste logartmico de la transmisin (mA) en funcin del tiempo, la cual depende directamente de la humedad.

En la tabla 1, se observa una R^2 muy cercana a 1 para los tres casos.

De la grfica 3, y las ecuaciones 8, 9 y 10 se observa que para menor concentracin se obtiene mayor transmisin.



Con respecto a la de onda experimental obtenida se obtiene una muy buena aproximacin al valor terico, tal como se observa en la tabla 2.

Para la relacin de la temperatura en funcin de la concentracin, se espera un ajuste exponencial, pero el que se obtiene es casi lineal, debido al efecto skin.


Horno de microondas

En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusin

Industria armamentstica

Radares para detectar el rango, velocidad, informacin meteorolgica y otras caractersticas de objetos remotos; o en el mser, un dispositivo semejante a un lser pero que trabaja con frecuencias de microondas.

Fsica mdica (Distermia)45

APLICACIONES


BIBLIOGRAFA

Douglas C. Giancoli. (2009). Fsica para ciencias e ingenieras con fsica moderna.

Dugauquier C. (2006) Effects of exposure to electromagnetic fields (microwaves) on mammalian pregnancy. Litterature review Mdecine et Armes.

Hayt, William (1981), Engineering Electromagnetics (4th ed.), McGraw-Hill

Jordan, Edward (1968), Electromagnetic Waves and Radiating Systems, Prentice Hall.

Pozar, David M. (1993). Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company.

Ramo, S., J. R. Whinnery, and T. Van Duzer. (1965) Fields and Waves in Communication Electronics. New York: John Wiley & Sons, Inc

Schinder, E. O. M., (1995). Radiaciones no ionizantes. En: Ecologa y Salud. Mdulo 3, Parte II. Asociacin de Alergia e Inmunologa de Buenos Aires/OMS-OPS.

Sears-Semansky. (2010) Fsica universitaria con fsica moderna. 47


micro-ondas

Documents