ÍNDICE Introducción………………………………………1.1
Aplicación de las ecuaciones de maxwell y la propagación de ondas electromagnéticas……………………………………1.2
Ecuaciones de Maxwell......................................1.3
Ondas…………………………………………….1.4
Conclusión………………………………………1.5
Bibliografías……………………………………….1.6
INTRODUCCION
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La primera aplicación de las ecuaciones de Maxwell la tendremos en relación con la propagación de las ondas electromagnéticas. La existencia de las ondas EM, que predijo Maxwell con sus ecuaciones, fue investigada por primera vez por Heinrich Hert. Después de varios cálculos y experimentos, Hertz logro generar y detectar ondas de radio, a las cuales suele llamarles ondas Hertzianas en su honor. En general las ondas constituyen medios para transportar energía o información. Algunos ejemplos típicos de las ondas EM son las ondas de radio señales de televisión, los haces de radar y los rayos de luz. Todas estas formas de la energía electromagnética poseen tres características fundamentales: viajan a alta velocidad en su viaje adoptan propiedades de ondas, y salen por radiación por un fuente, sin contar con el benefició de vehículos físicos discernibles. Las ecuaciones de Maxwell permitieron ver en forma clara que la electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de un mismo fenómeno físico, el electromagnetismo. El fenómeno era similar a la gravitación, cuyas leyes fueron descubiertas por Newton; así como un cuerpo masivo produce una fuerza gravitacional sobre otro, un cuerpo eléctricamente cargado y en movimiento produce una fuerza electromagnética sobre otro cuerpo cargado. La diferencia más importante es que la magnitud y la dirección de la fuerza electromagnética dependen de la carga del cuerpo que lo produce y también de su velocidad; por esta razón, la teoría del electromagnetismo es más complicada que la teoría newtoniana de la gravitación, y las ecuaciones de Maxwell son más complejas que la fórmula de Newton para la fuerza gravitacional
1.2 Las Ecuaciones de Maxwell y la propagación de ondas electromagnéticas
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.
Éstas expresan respectivamente como el cambio de los campos magnéticos producen campos eléctricos, la ausencia experimental de mono polos magnéticos, cómo una corriente eléctrica y el cambio en los campos eléctricos producen campos magnéticos y cómo cargas eléctricas producen campos eléctricos. En el trabajo original de Maxwell se podían encontrar muchas otras ecuaciones pero se llegó a simplificarlas a estas cuatro. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos.
1.3 Ecuaciones de Maxwell Todos los fenómenos electromagnéticos clásicos (no cuánticos) se pueden describir a partir de las ecuaciones de Maxwell donde generalmente las incógnitas son los campos vectoriales: o E: campo eléctrico (V/m), o D: campo de desplazamiento (C/m2), o H: campo magnético(A/m) y
o B: campo de inducción magnética (T). Estos campos conforman el campo electromagnético. Las dos ecuaciones del rotor (Faraday y Maxwell-Ampère) aseguran que hay una dependencia mutua entre campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo, de manera que en este caso ambos campos están interrelacionados. Sólo en el caso de campos estáticos (que no varían en el tiempo) campo eléctrico y magnético son independientes entre sí. Llamamos fuentes de campo a los sistemas físicos que crean campos en el espacio. En el caso electromagnético, cargas y corrientes eléctricas crean campo2. En las ecuaciones de Maxwell las fuentes de campo son entonces: o ρ: la densidad de carga eléctrica (C/m3) y o j: la densidad de corriente (A/m2). En nuestra descripción consideramos a cargas y corrientes como funciones continuas de la posición. Sin embargo, se conoce que la carga eléctrica se presenta en unidades elementales (a las energías de interés en las aplicaciones tecnológicas actuales) cuyo valor es la carga del electrón: e ≈1. 602 × 10 −19 C Esta estructura granular de la carga eléctrica no admitiría la descripción de su distribución como una función continua de la posición, pero la extrema pequeñez de los portadores elementales de carga, en relación al tamaño de los objetos de interés tecnológico, permite usar funciones continuas entendidas como un promedio sobre un gran número de entes discretos, en volúmenes pequeños frente al tamaño de esos objetos, pero grandes en relación al tamaño de los portadores de carga elementales. Todas las cantidades que intervienen en las ecuaciones de Maxwell se describen, entonces y en general, como funciones de la posición espacial y del tiempo.
1.3 ONDAS ELECTROMAGNETICAS Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío. Las ondas generadas por las antenas emisoras se propagan de diversas maneras, dependiendo de su clase. El espectro de ondas de radio se encuentra repartido en varias gamas: Ondas largas de 150 a 300 KHz. (de 2.000 a 1.000 metros), ondas medias de 500 a 2.000 KHz. (de 600 a 150 metros), ondas cortas de 5 a 30 MHz. (de 60 a 10 metros), ondas ultracortas de 30 a 300 MHz.(de 10 a 1 metros) y ondas decimétricas de 3 a 30 GHz. (de 10 a 1 centímetros). El emisor radia su energía en forma de oscilaciones electromagnéticas hacia todas partes, salvo cuando concentra su radiación hacia una determinada dirección. Esto último ocurre en las llamadas antenas “direccionales” o “directivas”. Fundamentalmente existen dos maneras de propagación: mediante la llamada “onda directa” y la “onda espacial”. La onda directa es la que recorre la Tierra por su superficie y la espacial es la que se desplaza libremente a lo largo y ancho de la atmósfera terrestre. El alcance de la onda directa es limitado ya que es absorbida por los obstáculos naturales y, debido también a la curvatura terrestre, le resulta imposible llegar a cierta distancia. Por el contrario, la onda espacial viaja libremente sin encontrar obstáculo de ningún tipo. Parte de esta onda espacial sufre un interesante fenómeno: La “reflexión ionos feérica”. La atmósfera terrestre se divide en varias capas: A una altura de unos 12 Kms. se encuentra la troposfera, dentro de la cual ocurren la mayor parte de los meteoros; sobre esta se encuentra la estratosfera, que llega hasta los 80 Kms. aproximadamente; y a esta última le sigue la ionosfera que alcanza unos 1000 Kms. de altura. Esta última capa se divide a su vez en varias capas parciales situadas a diferentes alturas llamadas “D”, “E”, “F1” y “F2”. Cada una de estas capas tiene unas determinadas características, pero esencialmente podemos decir de todas ellas que su altura no es fija, es decir, que están sujetas a unas determinadas variaciones más o menos lentas.
CONCLUSIÓN Las ecuaciones de maxwell junto con la ecuación de la fuerza de Lorentz y la ley de continuidad o conservación de la carga, forman la base de la teoría electromagnética, con lo que gracias a estas ecuaciones se puede explicar y predecir cualquier tipo de fenómeno electromagnético. Estudiarlas es todo un reto, pero entender cómo se utilizan ayuda a solucionar muchos problemas dentro del mundo de la teoría electromagnética Es importante recalcar que de estas ecuaciones se deducen todas las leyes conocidas del electromagnetismo, conformando una teoría clásica completa. Debe quedar claro que para determinar estas constantes del vacío es necesario medir los cuatro campos. Si pretendemos que las ecuaciones de Maxwell sean generales, es decir válidas para todos los medios y geometrías arbitrarias, su formulación deberá tener explícitamente los cuatro campos electromagnéticos.
Bibliografías
www.monografias.com › Física Las ecuaciones de Maxwell eltamiz.com/2011/.../las-ecuaciones-de-maxwell-introduccion-histori... www.uia.mx/web/files/publicaciones/origen-universo/3-4.pdf
