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ACTIVIDAD 6 TRABAJO COLABORATIVO CAMPOS ELECTROMAGNTICOS SERGIO LEONARDO MANCHOLA FRANCISCO JAVIER CASTRO BASTIDAS RENULFO ENRIQUE MINDIOLA GRUPO: 299001_51 TUTOR: EDGAR ORLEY MORENO UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS TECNOLOGA E INGENIERA CEAD VALLEDUPAR INTRODUCCIN EnelaprendizajedelostemastratadosenlaUnidad3delmdulodeCampus electromagnticos,Induccinyondaselectromagnticas.,dondelosestudiantes comprendieronconapoyodelseortutor,losprincipiosdelasondas electromagnticas,supolarizacineinduccin,asimismoserealizaron investigacionesdeejercicios,loscualeshanpermitidoelrefuerzodelos conocimientos adquiridos. Enestetrabajoacontinuacinvamosaencontraralgunosejerciciosconsolidados relacionadosconlostemasdelaunidad3talescomo:ondaselectromagnticas, Polarizacin,Induccinelectromagnticainvestigadoporcadaintegrantedelgrupo conelobjetivodeafianzarnuestrosconocimientosloscualeshacenpartedelperfil profesional. En la actualidad en nuestravida cotidiana nos encontramos con dispositivos bsicos enloscualesactanlosfenmenosdelasondaselectromagnticas(linternasde dinamo),comotambinenlasgrandesinversionescientficas,grandesempresasy macroproyectostecnolgicosenlasinstalaciones,diseoseimplementacinde antenas. DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD 1.Dentro del contenido de la Unidad 3, reconocer los principios tericos de las siguientes temticas: 1.Principios tericos a.Ondaselectromagnticas:Sonaquellasondasquenonecesitanun medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisin y telefona. Todas se propagan en el vaco a una velocidad constante, muy alta (300 0000km/s)peronoinfinita.Graciasaellopodemosobservarlaluz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizs esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilmetros prcticamente en el instante de producirse. Lasondaselectromagnticassepropaganmedianteunaoscilacinde camposelctricosymagnticos.Loscamposelectromagnticosal "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior ypermitenquenuestrocerebro"construya"elescenariodelmundoen que estamos. LasO.E.M.sontambinsoportedelastelecomunicacionesyel funcionamiento complejo del mundo actual. b.PolarizacindeOndaselectromagnticas:Esunfenmenoque puedeproducirseenlasondaselectromagnticas,comolaluz,porel cualelcampoelctricooscilasloenunplanodenominadoplanode polarizacin.Esteplanopuededefinirsepordosvectores,unodeellos paralelo a la direccin de propagacin de la onda y otro perpendicular a esa misma direccin el cual indica la direccin del campo elctrico. Enunaondaelectromagnticanopolarizada,aligualqueencualquier otrotipodeondatransversalsinpolarizar,elcampoelctricooscilaen todas las direcciones normales a la direccin de propagacin de la onda. Lasondaslongitudinales,comolasondassonoras,nopuedenser polarizadas porque su oscilacin se produce en la misma direccin que su propagacin. c.Induccin electromagntica: es el fenmeno que origina la produccin deunafuerzaelectromotriz(f.e.m.otensin)enunmedioocuerpo expuestoauncampomagnticovariable,obienenunmediomvil respectoauncampomagnticoesttico.Esasque,cuandodicho cuerpoesunconductor,seproduceunacorrienteinducida.Este fenmenofuedescubiertoporMichaelFaradayen1831,quienlo expresindicandoquelamagnituddelatensininducidaes proporcional a la variacin del flujo magntico (Ley de Faraday). Porotraparte,HeinrichLenzcomprobquelacorrientedebidaala f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magntico, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es vlido tanto para el caso en que la intensidad del flujo vare, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de l 2.Cada estudiante debe Investigar o disear dos ejercicios por cada una de lastemticaspropuestas,estosnodebenserdecarcterconfusoo complejo, pues se busca fortalecer la conceptualizacin terica. Ejercicios 1: ONDAS ELECTROMAGNTICAS 1.El campo elctrico est dado por

Con estos datos anteriores obtener el campo magntico. R/ta. Como se haba establecido antes,

Siendo

As

()

()

2.Laamplituddelcampoelctricodeunaondaelectromagnticaesde10V/m. Obtnlaamplituddelcampomagnticocorrespondienteylaintensidaddela onda. R/ta. Hallamos la amplitud del campo magntico que sera igual a:

La intensidad de la onda correspondiente es:

3.Sea el campo elctrico:

(

) (( )) En el vaco. Obtener: a) Direccin de propagacin b) longitud de onda c) frecuencia d) vector campo magntico. Solucin: a)Dado que entonces y la direccin de propagacin de la onda es en +x.b)Como

c)Dado que

d)

(

) (( )) 4.El campo elctrico est dado por

( ) Con estos datos, obtener el campo magntico Solucin: Como se haba establecido antes

siendo asi

( )

( )

5.na onda plana se propaga en el vaco de modo tal que la amplitud del campo elctrico es de m y oscila en la direccin . dems, saemos que la ondase propaga en la direcciny que datos, calcular: a) la frecuencia de oscilacin f,b) el periodo,c) la longitud de onda,d la magnitud del campo magnticoe) la direccin de oscilacin de este campo. Solucin: C) D) E) Por laregladela manoderecha , ladireccin deoscilacinde B es j. 6.Unaantena emiteunaonda electromagnticadefrecuencia50Hz. a). Calculesulongituddeonda. Solucin : Enestecasolafrecuencia (v ,nodeoscilacionesporsegundo) esde50kHz= 5000Hz Ejercicios 2: Polarizacin en ondas electromagnticas. 1.Determineelestadodepolarizacindeunaondaplanacuyocampoelctrico es ( ) ( )( ) R/ta.Vamosaescribirlaondaenformadecosenosenlascomponentesdemodo que las amplitudes de ambas sean positivas. El campo se puede reescribir como ( )() ( ) ()( ) ()De lo anterior se deduce

Y por tanto (

) ()() (){

( ) ()() () {

( ) 2.Una o.e.m. plana (polarizada) tiene un campo elctrico de amplitud 3 V/m y una frecuencia de 1 MHz. Determinar la ecuacin de onda que representa al campo elctrico si la onda avanza en el eje Y y el campo est polarizado en el eje Z. Calcula asimismo la direccin del campo magntico. Expresin del problema () Desplazamiento positivo del eje y () Como la amplitud es de 3 V/M Frecuencia1MHz Tenemos que 6rad.s-1 Longitud de onda mediante

Ahora podemos escribir la expresin del campo elctrico (

)

Como elcampoelctricoes unamagnitudvectorial,necesitamos una direccin.Nos dicen que el campo est polarizado en el eje Z, o lo que es lo mismo que de todas las direcciones posibles solo se propaga en la direccin k (

)

Aligualqueenelejercicioanterior,elcampomagntico,elcampoelctricoyla velocidaddepropagacindelaondasonperpendiculares,asquesielcampo elctricovaenladireccinkylaondasedesplaaenladireccinj,entoncesel campo magntico lo har en la direccin de i. Por tanto el campo magntico estar polarizado en la direccin del eje X EJERCICIOS 3: DE INDUCCIN ELECTROMAGNTICA. 1.UnabobinacompuestadeNespirasapretadasdelmismoradior,est apoyadaenunplanoquehace30conlahorizontal.Seestableceuncampo magnticoBenladireccinvertical.Suponiendoqueelradiodelasespiras decrece con el tiempo de la forma r=r0-vtCalcular la fem y dibujar el sentido de la corriente inducida, razonando la respuesta. Flujo y fem =B.S=BNr2 cos30=BN(r0vt)23/2 V=

= 3BN(r0vt)v El radio de las espiras disminuye, su rea disminuye, el flujo disminuye. La corriente inducida se opone a la disminucin del flujo, tiene el sentido indicado en la figura SecolocauncircuitodeNvueltas,cadaunadereaS,enuncampomagntico uniforme, paralelo al eje Z, que vara con el tiempo de la forma Bz=B0 cos(t. Calcular la f.e.m. inducida. Representar el campo magntico y la fem en funcin del tiempo. Representar en el circuito el sentido del campo y de la corriente inducida en cada cuarto de periodo, explicando el resultado =B.S=B0 cos(t)(NS)cos30 V=

= 3/2 NSB0sin(t) Siendo la corriente inducida 2.Una bobina con 120 espiras de 30 cm2 de rea est situada en un campo magntico uniforme de 4 . 103 T. Calcula el flujo magntico que atraviesa la bobina si: a) su eje es paralelo a las lneas de induccin magntica; b) el eje forma un ngulo de 60 con las lneas de induccin. a)El flujo magntico que atraviesa una espira est dado por la expresin: cos S B S B es decir el flujo magntico que atraviesa una espira viene dado por el producto escalar deBy , S dondeB es el vector induccin magntica yS es un vector cuyo mdulo es el rea de la bobinay cuya direccin es perpendicular al plano de la espira, siendo por tanto el ngulo que formanB y S .En el caso de tratarse de una bobina cuyo nmero de espiras sea , N el flujo magntico es: cos S B N Sustituyendo datos:

cos S B N = 0 cos 10 30 10 4 1204 3Wb410 4 , 1 (donde 230 cm S se ha expresado en) 02 y mb)En este caso 60 ysustituyendo los restantes datos: cos S B N = Wb3 4 310 72 , 02110 30 10 4 120 CONCLUSIONES Hemos podido determinar con los conocimientos adquiridos durante el curso. Hemos conocido las funcionalidades de las ondas electromagnticas. Al utilizar los simuladores entendemos ms el problema propuesto y le damos un resultado eficaz, y real. El desarrollo de la actividad nos ensea a desarrollar las ecuaciones para hacer diseos que nos servirn para nuestra vida profesional REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS -Modulo CAMPOS ELECTROMAGNETICOS / UNAD; Fuan Evangelista Gmez Rendn. -Documento en lnea: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/magfie.html, recuperado 12 abril de 2014. -Documento en lnea:http://en.wikipedia.org/wiki/Lorentz_force, recuperado 12 abril de 2014. -Documento en lnea: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/amplaw.html, recuperado 12 abril de 2014.