Energía Electromagnética:
¿Qué es? y ¿Cómo se estudia?
Ante Salcedo González
8 de noviambre de 2005
Dr. Ante Salcedo González
http://allman.rhon.itam.mx/~asalcedog/
Departamento de Sistemas Digitales, ITAM
Objetivos
• Explicar, de manera simple, qué es la energía
electromagnética, cómo se mueve en el espacio, y por
qué es importante para la Ingeniería en Telemática
• Explicar como se estudian y controlan las
características de movimiento de la energía EM
• Presentar algunas aplicaciones que se logran moviendo
energía EM de manera controlada
• Presentar el contenido y la importancia de las asignaturas
de “Ondas Guiadas” y “Microondas, Satélites y Antenas”
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Fuerzas eléctrica y magnética
Carga
eléctrica
Carga
eléctrica
q
v
q
q
Fe
Fm
• Un cuerpo con carga eléctrica ejerce
una fuerza sobre otro cuerpo que
también tiene carga (LEY DE
COULOMB)
• Si los cuerpos se estan moviendo uno
respecto a otro, aparece una fuerza
adicional (LEY DE BIOT-SAVART)
Fuerza
eléctrica
Fuerza
magnética
• En el mundo real, la fuerza eléctrica que
actua sobre un cuerpo es la resultante de
TODAS las fuerzas que producen TODOS
los cuerpos con carga que hay en el espacio
• La fuerza magnética por otro lado, es la
resultatne de TODAS las fuerzas que
producen TODAS las cargas del espacio
(debido a su movimiento relativo)
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Energía electromagnética
Otras
fuerzas
q
Fuerza
eléctrica
Fuerza
magnética
• A pesar de la fuerzas eléctrica y magnética, un cuerpo con carga no
necesariamente se mueve, debido a que hay otras fuerzas actuando sobre él
• Esto implica que el espacio tiene energía electromagnética almacenada: si
todas las otras fuerzas se hicieran cero el cuerpo se movería en respuesta a
las fuerzas eléctrica y magnética (realizandose así un trabajo)
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La energía electromagnética puede viajar
q
Trabajo para mover un
cuerpo con carga
e-
Energía en movimiento
Trabajo para mover
electrones
De una manera MUY IDEALIZADA, podemos decir que la energía
viaja como series de paquetes semiesféricos consecutivos.
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Ejemplos:
Equipo de TV:
1) La energía radiada por la
transmisora se convierte en
trabajo al producir una
corriente en la antena del TV
1) Transmisora de TV:
Realiza un trabajo para
mover electrones en la
antena de la transmisora
2) Control remoto:
Realiza un trabajo para
mover electrones en la
fuente infrarroja
2) La energía infrarroja se
convierte en trabajo al
generar corriente en el
detector del control remoto
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Características del movimiento

S (x,y,z,t)
z
/2
2f
• Dirección y sentido
• Amplitud
• Longitud de paquetes
• Frecuencia
• Profundidad de penetración
• Dispersión
• Velocidad
x
y
Para describir la manera como
se mueve y distribuye la energía
EM, usamos funciones:
S (x,y,z,t)
We (x,y,z,t)
Wm (x,y,z,t)
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Algunos ejemplos clásicos
Longitud de
paquetes (/2)
Paquetes por
segundo (2f)
• Luz
Micrometros
~1014
• Radio FM
Metros
~10 6 (i.e., Megahertz)
• Celulares
15-20 centímetros
~ 1600 * 10 6
• Acceso móvil de BA
~ 6 centímetros
~ 5 * 10 9
• Comunicaciones satélites
(banda C)
~ 2.5 centímetros
~ 12 * 10 9
• Lineas de transmisión
~ 2500 Km
120
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¿Cómo controlamos el movimiento?
Cables/Líneas de Transmisión
Guías de onda
Fibras ópticas
Antenas
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Algunos campos de aplicación
• Radiodifusión
•Acceso de Banda Ancha Fijo
• Power Line Communications
• Redes Inalámbricas (WIFI, WIMAX)
• Bluetooth
• Administración de cadenas de suministro
• Tele-medicina
• Comunicaciones digitales
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¿Qué tenemos que saber?
q
q
z
S (x,y,z,t)
x
y
q
Fuentes:
Densidad de Carga ()
Distribución de Corriente (J)
Energía:
Densidad de Flujo de Potencia (S)
Densidades de energía eléctrica y magnética
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¿Cómo lo estudiamos?
Sistema EM
J

Ecuaciones de Maxwell:
• Ley de Faraday
• Ley de Ampera
• Leyes de Gauss
• Rels. Constitutivas del Medio
E
B
S
We
D
Wm
H
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¿Dónde estudiamos la física del
electromagnetismo y sus aplicaciones?
Sistemas Lineales e
Invariantes en el
tiempo/espacio
Sistemas NO lineales y
sistemas que cambian en
el tiempo y el espacio
Licenciatura:
• Elementos de física
• Ondas Guiadas
• Microondas, Satélites y Antenas
Postgrado
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Conclusiones
• El mundo en que vivimos está repleto de energía electromagnética
estática y en movimiento
• La energía se puede tomar del espacio y convertir en trabajo útil
para los seres humanos
• Ademas de poder tomar la energía que ya está en el aire, podemos
poner mas energía, y controlar su movimiento
• La posibilidad de poner y tomar energía del medio ambiente, así
como de controlar su movimiento, nos lleva a aplicaciones de alto
valor humano y comercial
• Para poder entender y controlar a la energía electromagnética, es
necesario estudiar al medio ambiente como un sistema, y resolver
sus ecuaciones características: las ecuaciones de Maxwell
Dr. Ante Salcedo González
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