EM2011Serie de Problemas 03

-Ondas Electromagnéticas-

G _NL__ nombreUniversidad Nacional de Colombia

Depto de Física

Mayo 2011

Ondas electromagnéticas

1. En la alta atmósfera terrestre la radiación proveniente del Sol alcanza a la Tierra a una tasa aproximada de 1350 W/m^2. Suponga que esta es una sola onda EM y calcule los valores aproximados de E y B.(la energía que una onda transporta por unidad de tiempo y por unidad de área es la Intensidad W/m^2)

Solución

S = (E .B)/2μ0

S: Intensidad (W/m^2)E: Campo Eléctrico (N/C)B: Campo Magnético (T)μ0: Permeabilidad magnética en el vacíoc: Velocidad de la luz (m/s)

c = E/B

S = 1350 W/m^2c = 3x10^8 m/sμ0 = 4πx 10^-7 N/A^2

E = (2 cμ0 .S)^1/2

E = [2(3x10^8)(4πx 10^-7)(1350)]^1/2

S = E^2/2cμ0

E = 1008.9 N/C B = 3.36x10^-6 T

B = E/c

B = 1008.9/3x10^8

Ondas electromagnéticas

2. La radiación proveniente del Sol que llega a la superficie de la Tierra luego de atravesar la atmósfera transporta energía a una tasa de 1000 W/m^2. Estime la presión y la fuerza ejercida por el Sol, en un día soleado:

a) sobre una superficie de 10 cm x 20 cm

b) sobre la superficie de la Tierra.

Solución

P = S/c (cuando se absorbe)

S: Intensidad (W/m^2)c: Velocidad de la luz (m/s)P: Presión de la radiación (N/m^2)

P = 2S/c (cuando se refleja)

S = 1000 W/m^2c = 3x10^8 m/sAa= 6x10^-2 m^2Ab= 510'065.284,702X10^6 m^2

P = 1000/(3x10^8)

P = 3,3x10^-6 N/m^2 (cuando se absorbe)

P = 6,6x10^-6 N/m^2 (cuando se refleja)

a, b) Presión:

Debido a que en la fórmula de presión las unidades resultantes son pascales, hallamos que ninguna otra variable juega en el cálculo de la presión, por lo que decimos que el área no influye en el calculo.

Fuerza:

F = P .A

b) F = (6,6x10^-6)(510'065.284,702x10^6) = 1,68x10^9 N (cuando se absorbe) F =(6,6x10^-6)(510'065.284,702x10^6) = 3.36x10^9 N (cuando se refleja)

a) F = (3,3x10^-6)(6x10^-2) = 1.98x10^-7 N (cuando se absorbe) F = (3,3x10^-6)(6x10^-2) = 3.96x10^-7 N (cuando se refleja)