Guía de Lectura N° 2.

UNEFA
GOBIERNO BOLIVARIANO DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
UNEFA
NÚCLEO CARABOBO-EXTENSIÓN GUACARA
ASIGNATURA:
Física III
PROF:
Ing. Alexander Zavala
GUÍA DE LECTURA N° 2.
Unidad N° 1
ONDAS
1.14. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS:
Las ondas electromagnéticas surgen cuando una carga eléctrica cambia su velocidad, es
decir, cuando una carga eléctrica es acelerada. Así, cuando los electrones que se mueven
desde niveles de alta energía a niveles de baja energía en un átomo, radiarán una señal
(onda) de una frecuencia y longitud de onda particular. También, un gas ionizado a alta
temperatura radiará señales (ondas) que dan lugar a un espectro continuo. Este espectro se
origina debido a las múltiples colisiones existentes en el gas. Otro caso sería la radiación de
una onda electromagnética producida en una antena debido al movimiento oscilatorio de las
cargas asociadas a las corrientes alternas existentes en la misma, y que se estudian como
dipolos eléctricos.
La luz visible es un ejemplo de onda electromagnética; fuentes tales como las estaciones
de radio y de TV, los microondas para hornos y radar, las máquinas de rayos X y los núcleos
radiactivos producen otras clases de ondas electromagnéticas.
y
Ondas electromagnéticas
E
c
x
z
B
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1.15. ECUACIONES DE MAXWELL:
La teoría electromagnética en toda su extensión se puede describir con las 4 ecuaciones
de Maxwell. Estas ecuaciones muestran que un campo magnético que varía con el tiempo
actúa como fuente de campo eléctrico, y que un campo eléctrico que varía con el tiempo
actúa como fuente de campo magnético. Estos campos E y B se sustentan mutuamente y
forman una ONDA ELECTROMAGNÉTICA que se propaga a través del espacio.
Las ecuaciones de Maxwell son:
1.
 E.dA 
Qencerrada
0
(Ley de Gauss)
Esta ley es de los campos eléctricos, la cual establece que la integral de superficie
de E sobre cualquier superficie cerrada es igual al producto de 1
 0 por la carga
total Qenc encerrada dentro de la superficie.
2.
 B.dA  0
(Ley de Gauss del electromagnetismo)
La segunda es análoga correspondiente a campos magnéticos, la cual establece
que la integral de superficie de B sobre cualquier superficie cerrada siempre es
cero.
3.
d E 

(Ley de Ampere)
B
.
dl


i




0
c
0

dt  ENC

La tercera ecuación es la ley de Ampere que incluye la corriente de
desplazamiento. Esta ley establece que tanto la corriente de conducción i c como
la corriente de desplazamiento  0 d E dt , donde  E es el flujo eléctrico, actúan
como fuente de campo magnético.
4.
 E.dl  
d B
dt
(Ley de Faraday)
La cuarta y última ecuación es la ley de Faraday; establece que un campo
magnético cambiante o un flujo magnético induce un campo eléctrico.
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Estas ecuaciones se aplican a los campos eléctricos y magnéticos en un vacío. Si está
presente un material, la permitividad  0 y la permeabilidad  0 del espacio libre se sustituyen
por la permitividad  y la permeabilidad  del material.
De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, una carga puntual en reposo crea un campo
eléctrico E estático, pero ningún campo B ; una carga puntual que se desplaza con velocidad
constante, crea campos
E
como
B . Para que una carga puntual genere ondas
electromagnéticas, es necesario que la carga se acelere. Es decir, que toda carga acelerada
irradia energía electromagnética. Esta es la razón del blindaje que se requiere en torno a los
aceleradores de partículas de alta energía y de las fuentes de energía eléctrica de alto voltaje
de los TV.
1.16. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS EN EL VACÍO:
E  cB
B   0  0 cE
c
1
 0 0
Donde c es la rapidez de las ondas electromagnéticas en el vacío.
 0  8,85  1012 C 2 N.m 2
0  4  107 N A2
1.17. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS SINUSOIDALES:
Las ondas electromagnéticas sinusoidales son directamente análogas a las ondas
mecánicas transversales sinusoidales que se forman en una cuerda. En una onda
electromagnética sinusoidal, E y B son funciones sinusoidales del tiempo en cualquier
punto del espacio, y en todo momento la variación espacial de los campos es también
sinusoidal.
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v  c  . f
c
 cT
f

Ex, t   ˆjE máx Coskx  t 
Bx, t   kˆBmáx Coskx  t 
1.18.
ENERGÍA
Y
CANTIDAD
DE
MOVIMIENTO
DE
LAS
ONDAS
ELECTROMAGNÉTICAS:
Existe energía asociada con las ondas electromagnéticas como, por ejemplo, la energía
de la radiación solar. Las aplicaciones prácticas de las ondas electromagnéticas, como los
hornos de microondas, radares, los transmisores de radio y los láseres para cirugía ocular,
utilizan la energía que están ondas transportan.
 Densidad de Energía Total:
1
1
u  0E2 
B2
2
2 0
Como B 
E
  0  0 E , entonces:
c
1
1
u  0E2 
2
2 0

0

0 E 2   0 E 2
 Flujo de Energía por Unidad de Tiempo:
S   0 cE 2 
0
 0 0
E2 
 0 2 EB
E 
0
0
 El Vector de Poynting: La expresión vectorial de S.
S
1
0
EB
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 Valor promedio del Vector de Poynting:
S prom  iˆS prom
S prom 
E máx Bmáx
2 0
 Intensidad de una Onda Sinusoidal:
I  S prom 
2
E máx Bmáx E máx
1 0 2
1
2


E máx   0 cEmáx
2 0
2 0 2  0
2
I
P
A
Donde P es la potencia irradiada.
1.19. CANTIDAD DE MOVIMIENTO Y PRESIÓN DE RADIACIÓN:
Las ondas electromagnéticas transportan una cantidad de movimiento p:
dp
EB
S

 2
2
dV  0 c
c
(Cant. De movimiento dp por volumen)
Si dV  A.c.dt , entonces:
Adp EB S


dt
0c c
(Cant. De movimiento dp por unidad de tiempo)
A esta cantidad de movimiento se debe el fenómeno de la presión de radiación.
p rad 
S prom
p rad 
2S prom
c
c

I
c

(presión de radiación, absorción total de la onda)
2I
c
(presión de radiación, reflexión total de la onda)
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