INSTITUTO TECNOLGICO DE VERACRUZ

CIRCUITOS 2

FSICA MODERNATAREA: #1NOMBRE DE LA TAREA: LEYES DE REFLEXIN Y REFRACCIN APLICADAS EN LA INGENIERA ELCTRICA.

FECHA DE ENTREGA: 11 DE MARZO DEL 2015

NOMBRE DEL ALUMNO:SALINAS LPEZ JOSE MIGUEL

GRUPO: 4 Y 2

HORARIO: 9:00 hrs.

PROFESOR: ING. EUCALIT SNCHEZ GARCA

INTRODUCCIN...2

BANDAS DE ONDA CORTA (HF)..2

IONSFERA...5

FRECUENCIA MUY ALTA (VHF)...7

FACTORES DE LA TROPSFERA QUE INTERVIENEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LA FRECUENCIA MUY ALTA (VHF).8

QU ES?...........................................................................................10

USOS DE LA RADIOFRECUENCIA.10

CMO FUNCIONA LA RADPIOFRECUENCIA?.....................................................................12

CONCLUSIONES14

WEBGRAFA 14

Leyes de reflexin y refraccin aplicadas a la ingeniera elctrica

Objetivos: Justificar por qu el conocimiento de las leyes de reflexin y refraccin son importantes en la carrera de un ingeniero elctrico.

Identificar los aparatos, objetos o fenmenos en los que la ingeniera elctrica se relaciona en el uso del conocimiento de estas leyes.

INTRODUCCINUna aplicacin pertinente en los que se puede emplear las leyes de reflexin y refraccin relacionadas al mbito de la ingeniera elctrica son las radiofrecuencias. Este no es un trabajo para aprender a armar radios ni cmo calcular antenas. Sino que, simplemente se resume a describir stos principios fsicos relacionados con la radiofrecuencia.

Se describen las bandas de radiofrecuencias onda corta (HF) y muy alta (VHF), tambin se describen temas relacionados, como, la reflexin total de las Ondas Cortas en la Ionosfera y refraccin troposfrica.Por claridad, usando el formato habitual Qu es?, Para qu sirve?, Cmo funciona?, La Radiofrecuencia se ha dividido en las siguientes partes:

BANDAS DE ONDA CORTA (HF) Gama de Frecuencia: de 3 MHz a 30 MHz Longitud de Onda: de 100 a 10 metros Caractersticas: propagacin prevalentemente Ionosfrica con fuertes variaciones estacionales y en las diferentes horas del da y de la noche. Uso Tpico: Todo tipo de comunicaciones a media y larga distancia.

La Onda Corta, tambin conocida como SW (del ingls shortwave) o HF (high frequency) es una banda de radiofrecuencias comprendidas entre los 3 y los 30 MHz en la que transmiten (entre otras) las emisoras de radio internacionales para transmitir su programacin al mundo y las estaciones de radioaficionados.En estas frecuencias las ondas electromagnticas, que se propagan en lnea recta, las ondas de radio (que al igual que las ondas de luz) se ven afectadas por los fenmenos de la reflexin, rebotan a distintas alturas (cuanta ms alta la frecuencia a mayor altura) de la ionosfera (con variaciones segn la estacin del ao y la hora del da), lo que permite que las seales alcancen puntos lejanos e incluso den la vuelta al planeta.Se distinguen: entre 14k y 30k Hz las bandas altas o bandas diurnas cuya propagacin aumenta en los das de verano, y entre 3 y 10 MHz las bandas bajas o nocturnas cuya propagacin es mejor en invierno. Las bandas intermedias como la de radioaficionados de 10 MHz (30 m) y la de radiodifusin internacional de 25 m presentan caractersticas comunes a ambas.Las bandas nocturnas son bandas cuya propagacin es mejor durante la noche, y mejor en las noches de invierno.Las bandas diurnas son bandas que, debido a la fsica de la ionosfera, tienen una mejor propagacin de da que de noche, y mucho mejor durante los das de verano. Adems, las bandas altas presentan otros modos de propagacin, comunes con los de la VHF.La estacin del ao influye no slo en la duracin respectiva del da y de la noche. Tambin influye en la llamada propagacin en zona gris, que permite aprovechar una buena propagacin durante algunos minutos entre zonas que comparten la misma hora solar de amanecer o puesta del sol.En radiodifusin estn las bandas tropicales de 90, 75 y 60 metros, y las bandas internacionales de 49, 41, 31, 25, 21, 19, 16, 13 y 11 metros.Los radioaficionados cuentan con varias bandas en HF: las de 3, 7, 10, 14, 18, 21, 24 y 28 MHz, que corresponden a las bandas de 80, 40, 30, 20, 17, 15, 12 y 10 metros respectivamente.La radio de onda corta es similar a las estaciones de onda media local (AM) que se pueden or normalmente, slo que la seal de onda corta viaja ms distancia.

Normalmente se utiliza el modo AM (Amplitud Modulada) y la BLU o SSB (Banda Lateral nica o Single Side Band) tanto superior como inferior. Tambin se usa el modo de telegrafa CW, el RTTY, la Frecuencia Modulada, la SSTV, entre otros tipos de modulacin.

La onda continua (o continuous wave en ingls, abreviadamente CW)

El RTTY o radioteletipo es un sistema de telecomunicaciones en el que dos terminales (llamados teletipos) se comunican a travs de un enlace de radio.Televisin de barrido lento (SSTV)

A pesar de lo que se piensa, no se necesita una radio extraordinaria para or estas transmisiones provenientes de todo el mundo. Todo lo que se necesita es una radio "normal" que pueda recibir la banda de onda cortaLas bandas compiten actualmente con la programacin entregada por satlite.Actualmente, en varios pases las emisiones tradicionales en analgico (AM) se estn sustituyendo por emisiones digitales en formato DRM.

La gestin digital de derechos (a veces escrito tambin gestin de derechos digitales) o DRM

IONOSFERANuestra atmsfera es un cmulo de gases contenidos y que se mantienen a presin sobre la tierra, e inicia a 11 kilmetros sobre el nivel del mar aproximadamente y se extiende hasta los 800 kilmetros.Este margen de atmsfera ha sido dividido segn sus principales caractersticas en: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera, Termosfera y Exosfera.La Ionosfera se encuentra entre la Mesosfera y Exosfera, es decir entre 80 y 500 kilmetros de altitud.La Ionosfera es bombardeada por radiacin ultravioleta proveniente del Sol y esto produce capas ionizadas que reflejan algunas seales de radio haciendo que en vez de salir del planeta y se vayan al espacio regresen a la tierra, es decir, la Ionosfera refleja algunas ondas de radio debido a la actividad ultravioleta del Sol.A este proceso se le conoce como refraccin de ondas de radio. Cuando una onda encuentra un aumento en la densidad de iones sta se dobla y este dobles va aumentando conforme va penetrando en la capa.(Cuando la frecuencia de una onda que sale de la antena est comprendida entre 20 y 30 MHz, las ondas se reflejan en las capas ionizadas de la ionosfera, volviendo a la Tierra. Esta onda no se transmite en lnea recta como si se reflejara en un espejo sino que sufre una curvatura llamada onda reflejada, que al llegar a la Tierra se refleja de nuevo, dando saltos, hacia las capas altas de la atmsfera, volvindose a reflejar y as sucesivamente hasta desvanecerse la onda, despus de alcanzar grandes distancias).

Como se ve en la figura la Ionosfera se encuentra divida en capas las cuales ayudan a doblar o no las ondas de radio, esto debido a factores que tienen que ver con cuanto estn ionizadas y esta ionizacin la realiza principalmente la energa que viene del Sol.Por ejemplo la capa D que se ve a continuacin slo desaparece durante la noche, esta capa absorbe de forma muy intensa las ondas de radio que se ubican en las frecuencias de las estaciones que conocemos como Onda Media o A.M. de all que si sintonizamos la radio en nuestro automvil por las noches se puedan escuchar estaciones muy lejanas.

Aun as la frecuencia en que se emita la onda de radio determina mayormente si la misma rebotar sobre la ionosfera (reflexin) o continuar su camino hacia el espacio (refraccin). Las frecuencias muy altas no sern rebotadas por ninguna de las capas, por ello es que las comunicaciones que efectan los satlites a nuestros receptores de televisin satelital (Dish, Sky, etc) deben ser en frecuencias muy altas.

FRECUENCIA MUY ALTA (VHF) Gama de Frecuencia: de 30 MHz a 300 MHz. Longitud de Onda: de 10 a 1 metros. Caractersticas: prevalentemente propagacin directa, espordicamente propagacin Ionosfrica o Troposfrica. Uso Tpico: Enlaces de radio a corta distancia, Televisin, Radiodifusin en Frecuencia ModuladaVHF (Very High Frequency) es la banda del espectro electromagntico que ocupa el rango de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz.A partir de los 50 MHz encontramos frecuencias asignadas, segn los pases, a la televisin comercial; son los canales llamados "bajos" del 2 al 13. Tambin hay canales de televisin en UHF.UHF (siglas del ingls Ultra High Frequency, frecuencia ultraalta) es una banda del espectro electromagntico que ocupa el rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz.Entre los 88 y los 108 MHz encontramos frecuencias asignadas a las radios comerciales en Frecuencia Modulada o FM. Se la llama "FM de banda ancha" porque para que el sonido tenga buena calidad, es preciso aumentar el ancho de banda.Entre los 108 y 136,975 MHz se encuentra la banda area usada en aviacin. Los radiofaros utilizan las frecuencias entre 108,7 MHz y 117,9 MHz. Las comunicaciones por voz se realizan por arriba de los 118 MHz, utilizando la amplitud modulada.En 137 MHz encontramos seales de satlites meteorolgicos.Entre 144 y 146 MHz, incluso 148 MHz en la Regin, encontramos las frecuencias de la banda de 2m de radioaficionados.Entre 156 MHz y 162 MHz, se encuentra la banda de frecuencias VHF internacional reservada al servicio radiomartimo.Por encima de esa frecuencia encontramos otros servicios como bomberos, ambulancias y radio-taxis etc.

FACTORES DE LA TROPSFERA QUE INTERVIENEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LA FRECUENCIA MUY ALTA (VHF)La tropsfera es la capa de la atmsfera que se extiende desde la superficie de la tierra hasta una altura de 10 km. Es ah donde se forman ciertos patrones que definen el clima en nuestro planeta. Los vientos, las tormentas, las lluvias y otros factores meteorolgicos tienen su origen en la tropsfera. Son algunos de estos factores meteorolgicos, como veremos ms adelante, los responsables de algunas condiciones muy interesantes en VHF.Bajo condiciones normales, las ondas de radio de 2 metros se propagan en lnea recta doblndose hacia abajo sobre el horizonte visible al atravesar secciones de aire de diferente densidad, llegando hasta un 15% ms de la distancia entre el transmisor y el horizonte visible hasta el llamado horizonte de radio. A este tipo de refraccin que ocurre sobre el horizonte visible se le llama dispersin troposfrica. Si se usa potencia (ms de 100 vatios) y una alta y buena antena (direccional) la distancia del contacto puede ser mucho mayor. Tambin ocurre que las ondas de radio se doblan ligeramente hacia abajo al pasar por el borde de edificios, montaas u otros objetos, que tienen un tamao de 50 veces o ms que la longitud de la onda. Esto sucede porque la porcin inferior de la onda en estos casos se mueve un tanto menos rpido que la porcin superior de la onda que mantiene la velocidad normal de cerca de 300,000 km/s. Este comportamiento de las ondas de radio se conoce en ingls con el nombre de knife-edge diffraction.Hay otros cambios de temperatura y densidad del aire en la tropsfera que influyen en la refraccin de las ondas de radio de VHF y pueden hacer que nuestras transmisiones se escuchen a grandes distancias. Por ejemplo, despus de un da caliente, una brisa fresca al anochecer que sopla del mar o de un lago puede hacer que el aire caliente suba. Un cambio en las condiciones del clima, como la entrada de un frente fro o la influencia de una alta presin pueden hacer que grandes masas de aire caliente suban y se establezcan sobre una capa de aire ms fresco.Estas condiciones producen una inversin de temperatura, un aumento de temperatura a mayor altura con aire caliente arriba y aire fresco o fro abajo. Esta situacin puede durar horas o das y puede extenderse a veces por mil kilmetros o ms. Las ondas de radio en las bandas de VHF extendern enormemente las distancias de alcance pues al pasar del aire fro al caliente sern dobladas hacia abajo por la capa de aire caliente y no se perdern en el espacio. Esta refraccin troposfrica puede permitir contactos hasta ms de 400 km si la inversin de temperatura est cerca de la superficie de la tierra, pero si la inversin ocurre a cientos de metros de altura y se extiende sobre una rea grande, los contactos en VHF pueden llegar hasta 1000 km o ms.Cuando la inversin de temperatura ocurre entre dos capas de la atmsfera se forma un ducto troposfrico. Estos ductos han propagado seales de VHF hasta ms de 2500 km, pero si usted est localizado en una montaa arriba del ducto o por debajo de ste en una llanura, usted no puede aprovechar estas condiciones. Ductos de VHF de este tipo son comunes entre California y Hawaii, las Islas Bermudas y la costa este de Estados Unidos, entre otros. En algunos lugares del mundo, como en zonas del Ocano Indico, los ductos son tan frecuentes, que son vistos como una condicin normal.Las inversiones de temperatura que producen la refraccin o propagacin troposfrica pueden ocurrir en cualquier da del ao. En Miami, en el sur del estado de la Florida, este modo de propagacin es ms comn en la primavera y en el otoo. En los meses de setiembre, octubre y noviembre, por ejemplo, cuando el aire est caliente, brumoso, en calma y las noches son un poco ms frescas, las condiciones estn dadas para una inversin de temperatura que permitir contactos con toda la isla de Cuba, la pennsula de Yucatn, en Mjico y las islas de Gran Caimn, en el Mar Caribe...

Una buena indicacin de una inversin de temperatura es la aparicin de seales de televisin de estaciones lejanas que entran con fuerza a travs de la antena de nuestro televisor, a veces, incluso, interfiriendo estaciones locales.

Qu es? El trmino radiofrecuencia, tambin denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porcin menos energtica del espectro electromagntico, situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz.1 El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y corresponde a un ciclo por segundo.

Para qu sirve?

Usos de la radiofrecuencia

RadiocomunicacionesAunque se emplea la palabra radio, las transmisiones de televisin, radio, radar y telefona mvil estn incluidas en esta clase de emisiones de radiofrecuencia. Otros usos son audio, vdeo, radionavegacin, servicios de emergencia y transmisin de datos por radio digital; tanto en el mbito civil como militar. Tambin son usadas por los radioaficionados.

RadioastronomaMuchos de los objetos astronmicos emiten en radiofrecuencia. En algunos casos en rangos anchos y en otros casos centrados en una frecuencia que se corresponde con una lnea espectral, por ejemplo: Lnea de HI o hidrgeno atmico. Centrada en 1,4204058 GHz. Lnea de CO (transicin rotacional 1-0) asociada al hidrgeno molecular. Centrada en 115,271 GHz.

RadarEl radar es un sistema que usa ondas electromagnticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estticos o mviles como aeronaves, barcos, vehculos motorizados, formaciones meteorolgicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe tpicamente en la misma posicin del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de informacin. El uso de ondas electromagnticas permite detectar objetos ms all del rango de otro tipo de emisiones. Entre sus mbitos de aplicacin se incluyen la meteorologa, el control del trfico areo y terrestre y gran variedad de usos militares.

Resonancia magntica nuclearLa resonancia magntica nuclear estudia los ncleos atmicos al alinearlos a un campo magntico constante para posteriormente perturbar este alineamiento con el uso de un campo magntico alterno, de orientacin ortogonal. La resultante de esta perturbacin es una diferencia de energa que se evidencia al ser excitados dichos tomos por radiacin electromagntica de la misma frecuencia. Estas frecuencias corresponden tpicamente al intervalo de radiofrecuencias del espectro electromagntico. Esta es la absorcin de resonancia que se detecta en las distintas tcnicas de RMN

Es en este punto en el que se justifica por qu las leyes de reflexin y refraccin son importantes en la ingeniera elctrica cuando se aborda una materia de suma importancia para la humanidad como las radiofrecuencias, debido a que las obras que generan estas radiofrecuencias, los aparatos que las emplean y los conceptos que se manejan en su mayor parte son propios de la ingeniera elctrica.

Cmo funciona la radiofrecuencia?Las ondas de radiofrecuencia (RF) se generan cuando una corriente alterna pasa a travs de un conductor. Las ondas se caracterizan por sus frecuencias y longitudes. La frecuencia se mide en hercios (o ciclos por segundo) y la longitud de onda se mide en metros (o centmetros).Las ondas de radio son ondas electromagnticas y viajan a la velocidad de la luz en el espacio libre. La ecuacin que une a la frecuencia y la longitud de onda es la siguiente: velocidad de la luz (c) = frecuencia x longitud de onda. Se observa partir de la ecuacin que, cuando la frecuencia de RF se incrementa, su longitud de onda disminuye. La tecnologa RFID utiliza cuatro bandas de frecuencia: baja, alta, muy alta y microondas. La baja frecuencia utiliza la banda de 120-140 kilo hertzios. La alta frecuencia utiliza la tecnologa RFID en 13,56 MHz. En ultra alta frecuencia RFID utiliza la gama de frecuencias de 860 a 960 mega Hertz. La RFID de microondas en general utiliza las frecuencias de 2,45 Giga Hertz y superiores. Para las cuatro bandas de frecuencia utilizadas en RFID, las frecuencias de microondas tienen la menor longitud de onda.RFID (siglas de Radio Frequency IDentification, en espaol identificacin por radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperacin de datos remoto que usa dispositivos denominados etiquetas, tarjetas, transpondedores o tags RFID.Las ondas electromagnticas se componen de dos diferentes (pero relacionados campos) un campo elctrico (conocido como el campo E), y un campo magntico (conocido como el campo H). El campo elctrico se genera por las diferencias de voltaje. Dado que una seal de radiofrecuencia es una alternancia, el constante cambio de tensin crea un campo elctrico que aumenta y las disminuye con la frecuencia de la seal de radiofrecuencia. El campo elctrico irradia desde una zona de mayor tensin a una zona de menor voltaje.En RFID, es importante ser conscientes de los dos campos que componen las ondas electromagnticas. Esto se debe a que los tags RFID van a utilizar tanto el campo elctrico como el campo magntico para comunicar su informacin, dependiendo de la frecuencia que los tags RFID estn utilizando. Los tags RFID en las bandas de frecuencia LF y HF utilizan el campo magntico, mientras que los tags RFID UHF y microondas utilizan el campo elctrico.Cuando un lector emite seales de radiofrecuencia, provoca variaciones en los campos elctricos y magnticos. Cuando un conductor, como la antena de un tag, se encuentra dentro del mismo campo variable, se genera una corriente en su antena.Cuando un tag est cerca del campo de un lector, el acoplamiento de la antena del tag con el campo magntico de un lector genera corriente. Este acoplamiento es conocido como acoplamiento inductivo. El acoplamiento inductivo es el proceso de comunicacin utilizado por tags pasivos LF y HF.

En el caso de los tags UHF y microondas, los tags modulan y reflejan la seal del lector para comunicarse con el lector. A esto se le llama comunicacin pasiva backscatter (o modulacin backscatter).

El trmino energa se refiere a la fuerza de la seal de radiofrecuencia. Puede considerarse como la suma de RF que se transmite, o la fuerza de la seal en el receptor. La unidad bsica de energa es el watt. Sin embargo, en el mundo de RF, hablamos de poder en trminos de milivatios, abreviado como mW. Un mW = .001 Watt.

Realizar clculos utilizando la forma decimal de milivatios puede llegar a ser engorroso, por lo que la convencin es hacer clculos en trminos de decibelios, o potencias de diez. La abreviatura dB se utiliza cuando se utiliza decibelios. En el caso de clculos RF, normalmente se menciona a los niveles de energa con decibeles 1mW, y se utiliza la abreviatura dBm.

CONCLUSIONESLa importancia del conocimiento de las leyes de reflexin y refraccin radica en que stas pueden ser empleadas en ingeniera elctrica y una de sus aplicaciones ms importantes se encuentra en las radiofrecuencias. Para formar una radiofrecuencia o una seal electromagntica se emplean conceptos propios de ingeniera elctrica donde en un receptor oscilan electrones a una cierta amplitud y frecuencia que dan como resultado una onda con una determinada longitud, frecuencia y velocidad. Conocer las propiedades de la atmsfera terrestre es indispensable para emplear de manera ms adecuada la escala de radiofrecuencias ya que se ven afectadas por los constantes cambios de la atmsfera.

WEBGRAFA

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuencia#Usos_de_la_radiofrecuenciahttp://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/sw.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/HFhttp://www.emilio.com.mx/blog/como-funciona-la-onda-corta/http://www.estudiosnauticosta.com/articulo.php?num=123http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/vhf.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/VHFhttps://areyac.wordpress.com/2009/09/24/alcance-de-las-ondas-de-radio-o-hertzianas/http://www.rfidpoint.com/preguntas-frecuentes/%C2%BFcomo-funciona-la-radiofrecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/UHFhttp://es.wikipedia.org/wiki/RFID

11Salinas Lpez Jose Miguel