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Microondas
Diego A. Barajas^1 ,∗^ Brayan Y. Martinez^1 ,†^ Jhon W. Rubiano^1 ,‡ Julián D. Torres^1 ,§^ William R. Vargas^1 ,¶^ and Eidelman Gonzales^1 ‖ (^1) Escuela de Física, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Avenida Central del Norte #35-115, Tunja, Colombia
Resumen
Las microondas son parte del espectro de ondas electromagnéticas, éstas se caracterizan princi- palmente por que no necesitan de un medio para propagarse. Las microondas se caracterizan por que dentro del espectro de ondas electromagnéticas cubre aproximadamente frecuencias que van desde los 3GHz hasta los 300GHz y su longitud de onda se encuentra entre los 10cm y 1mm en el vacio. En este laboratorio se verifica fenómenos ondulatorios como polarización, reflexión, refrac- ción y difracción de Bragg. también se verifican características físicas de las microondas como su frecuencia y longitud de onda. Palabras Clave: Onda electromagnética, polarización, reflexión, refracción, difracción de Bragg, longitud de onda, frecuencia.
Abstract
Microwaves are part of the spectrum of electromagnetic waves which are mainly characterized be- cause they don’t need a means to propagate. Microwaves are characterized due to within the spec- trum of electromagnetic waves it covers approximately frequencies ranging from 3GHz to 300GHz and its wavelength is between 10cm and 1mm in a vacuum. In this laboratory, wave phenomena such as polarization, reflection, refraction and Bragg’s diffraction are verified. physical characteris- tics of microwaves are also verified, such as their frequency and wavelength. Key Words: Electromagnetic wave, polarization, reflection, refraction, Bragg’s diffraction, wa- velength, frequency.
I. OBJETIVOS:
Observar los fenómenos reflexión, difraciòn, polari- zación y difracción de Bragg en microondas
Medir algunas propiedades de las microondas como la longitud de la onda y frecuencia
II. MATERIALES:
Diodo emisor de microondas
∗ (^) Estudiante, código: 201722141, [email protected] † (^) Estudiante, código: 201711114, [email protected] ‡ (^) Estudiante, código: 201521405, [email protected] § (^) Estudiante, código: 201611761, [email protected] ¶ (^) Estudiante, código: 201722191, [email protected] ‖ (^) Docente
Figura 1. cubo de esferas
Goniometro
Figura 2. Goniometro.
Placa de reflexión
Figura 3. Placa de reflexión.
Placa de refracción
Figura 4. Placa de refracción.
Polarizador
Figura 5. Polarizador.
Receptor de microondas
III. MARCO TEÓRICO:
A. Onda electromagnéticas
Es la perturbación simultánea de los campos eléctricos y magnéticos existentes en una misma región. Las ondas originadas por los campos eléctricos y mag- néticos son de carácter transversal, encontrándose en fa- se, pero estando las vibraciones accionadas en planos per- pendiculares entre sí. Son aquellas ondas que no necesi- tan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y tele- fonía.Todas las radiaciones del espectro electromagnetico presentan propiedades tipicas del movimiento ondulato- rio, como la difraccion y la interferencia. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) estan relacionadas mediante la expresion (λ*f = C).
B. Microondas
Las microondas son ondas electromagneticas de fre- cuencia muy alta, es decir, com un numero muy elevado
Figura 6. Receptor de microondas.
de vibraciones por segundo. Las microondas estan situa- das entre los rayos infrarojos (cuya frecuencia es mayor) y las ondas de radio convencionales con longitudes de on- da de entre 30 centímetros a 1 milímetro y frecuenciad su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz.
C. Ondas planas
una onda plana es una onda de frecuencia constante cuyos frentes de onda son planos paralelos de amplitud constante normales al vector velocidad de fase n
Figura 2. Identificación de los Núclidos presentes
D. Ondas esfericas
es aquella onda tridimencional que se propaga a la misma velocidad en todas las direcciones.Se llama onda esferica porque sus frentes de ondas son eferas son esferas concentricas cuyos centros coinciden con la posicion de la funte de perturbacion.Una condion necesaria para que una onda sea esferica es que el medio de propagacion sea homogeneo e isotropo y por lo tanto la velocidad de propagacion sea la mis- ma en todas direciones.
E. Intensidad de una onda electromagnética
la intencidad es igual al numero de fotones por uni- dad de area y de tiempo po la energia de uno de
IV. PROCEDIMIENTO:
A. Polarización
para esta experiencia se realizo el montaje mostrado en la figura 7
Figura 7. En esta imagen se observa el montaje realizado para la experiencia de polarización.
Una vez realizado el montaje, modificando el ángulo de la rendija dispuesta para la polarización cada 10° grados se obtuvieron y registraron los datos que se presentan a continuación.
B. Reflexión
para esta experiencia se realizo el montaje mostrado en la figura n
una vez realizado el montaje, se procedio girando la placa de reflecion un angulo (θ) y despues se giro el receptor para encontrar el angulo (α) de reflexión.
C. refracción
en esta experiencia asi como en la de reflexión se coloco una placa en este caso de refracción entre el emisor y receptor de onda como se muestra en la figura 9.
para esta experiencia se giro la placa (θ) grados y se empezo a registrar el potencial obtenido por el receptor de onda desde los 0 grados.
D. Difraccion de Bragg
para esta experiencia se realizo el montaje mostrado en la figura 10
para la toma de datos se vario la posicion del receptor buscando maximos y minimos en el voltimetro
Figura 8. Aqui es mostrado el montaje utilizado para la verificacion del fenomeno de refracción , se utilizo una placa de refracción.
V. ANÁLISIS Y RESULTADOS:
A. Reflexión y refracción
Los datos tomados en el desarrollo del laboratorio para medir la reflexión estan compilados en la tabla I; para la refracción de las microondas, los datos obtenidos se consignan en la tabla II. La figura 10, contrasta los datos expuestos en la tabla I. Donde al hacerle una regresión lineal se obtiene un coeficiente de correlacion de R^2 =
Figura 9. montaje para realizar el estudio al fenomeno on- dulatorio difracció de Bragg.
θinc θref l 40 40 50 49 55 48 60 56
Tabla I. Datos tomados en el laboratorio para reflexión de microondas.
0 , 8779 fijando el corte en el origen. La ecuación obtenida por dicha regresión es:
θinc = 1, 0645 · θref l (8)
Que al comparar con la ecuación 3, se puede ver que el valor es muy cercano, una muestra mayor de datos podría haber dado un mejor resultado en la gráfica obtenida, sin embargo, puede calcularse el error porcentual para la reflexión de las microondas. esta es:
error % =
Siendo un error bajo, pese a los pocos datos obtenidos. En la figura 11, se evalua la refracción dada por la ley de snell. En esta puede hallarse un coeficiente de corre- lación para una regresión lineal de R^2 = 0, 9958. Que nos da la siguiente ecuación para la regresión:
sin(θ 1 ) = 1, 4016 · sin(θ 2 ) − 0 , 5085 (10)
siendo el valor de la pendiente el que describe el valor experimental de la placa de refracción. Esto, en conside- ración a que el valor de la refracción en el medio incidente es aire puro, donde su índice de refracción es aproxima- damente 1.[1]
B. Polarización
Los datos obtenidos se compilan en la tabla III: Para esta parte pudo observarse que respecto a cam- bios del ángulo de la rejilla la intensidad captada en el receptor iba aumentando de tal manera que su ubicacion iba tornándose vertical.
θinc sin(θinc) θref r sin(θref r ) 20 0.34 37 0. 30 0.50 46 0. 40 0.64 56 0. 50 0.77 67 0. 60 0.87 76 0.
Tabla II. Datos tomados en el laboratorio para refraccón de microondas.
Figura 10. θincidente vs θref lejado
C. Ondas estacionarias
Los datos obtenidos y calculados en el laboratorio se compilan en la tabla IV. De allí, podemos obtener la lon- gitud de onda que tienen las microondas utilizadas en el laboratorio. La distancia recorrida entre nodos y antino- dos describe que equivale a la mitad de la longitud de onda total, con un error dispersado hallado por:
σλ = 2 · σx (11)
Permitiendo describir que la longitud de onda hallada en el laboratorio es de:
λn = 1, 6 ± 0 , 26 cm (12)
longitud de onda para los nodos.
λan = 1, 62 ± 0 , 54 cm (13)
longitud de onda para los antinodos. Promediando los datos obtenidos en el laboratorio, podemos hallar el valor promedio, con su error dispersado para el promedio dado por:
σλ =
σ λ^2 n + σ λ^2 an = 0, 3 cm (14)
Siendo la longitud de onda para las microondas de
λ = 1, 61 ± 0 , 3 cm (15)
Vemos que se encuentra dentro del rango de las micro- ondas, con respecto a lo explicado en el marco teórico. Se puede hallar también, la frecuencia que tienen estas microondas a partir de la siguiente ecuación:
ν =
c λ
