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Blog de Mercedes González Mas

Radiofrecuecias y Microondas

Las microondas y las radiofrecuencias son radiaciones electomagnéticas que pertenecen a la categoria de no ionizantes. Son emitidas por aparatos eléctricos, electónicos, los utilizados en comunicaciones militares, navegación, emisiones de TV, radio AM-FM, radares, etc.

 

 

Radiofrecuencias

El término Radiofrecuencia (abreviado RF), se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético en el que se pueden generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a una antena.

La Radiofrecuencia se localiza en el espectro de la radiación electromagnética entre 10 kHz (longitud de onda de 3 km) y 300 GHz (longitud de onda de 1 mm).
La radiofrecuencia se puede dividir en las siguientes bandas del espectro en función de su frecuencia: Ultra-alta, Muy Alta, Onda Corta, Onda Media, Onda Larga y Muy Baja Frecuencia.

En este sentido, se puede hablar desde frecuencias extremadamente bajas hasta frecuencias extremadamente altas UHF (ultra-high frequency), pasando por otros tipos de frecuencias en el medio.

Usos y aplicaciones:

  • Ondas de radio

La radiofonía de amplitud modulada (AM), por ejemplo, transmite en media frecuencia. Las ondas AM (amplitud modulada) son un tipo de onda de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de una señal de alta frecuencia, denominada onda portadora, de tal forma que cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.
La radiofonía de frecuencia modulada (FM), en cambio, realiza su transmisión en muy alta frecuencia. Las ondas FM (frecuencia modulada) son una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia, en contraste con las ondas de AM que varían la amplitud y mantienen la frecuencia constante.

Las diferentes frecuencias determinan el alcance de las ondas y la calidad de la transmisión, entre otras cuestiones. Las radios AM, en este sentido, pueden llegar con sus señales a mayores distancias en comparación con las radios FM.

Sistemas de radio AM y FM.

Aunque se emplea la palabra radio, las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía móvil están incluidas en esta clase de emisiones de radiofrecuencia.

Otros usos son audio, vídeo, radionavegación, servicios de emergencia y transmisión de datos por radio digital; tanto en el ámbito civil como militar.

También son usadas por los radioaficionados.

  • Radioastronomía

La radioastronomía es el estudio de objetos en el espacio, tales como estrellas y galaxias, que emiten naturalmente ondas de radio.
Muchos de los objetos astronómicos emiten en radiofrecuencia, así que la radioastronomía ha dado muchas sorpresas al permitirnos detectar y representar lo que era invisible para los telescopios ópticos

Las ondas de radio tienen una longitud de onda mayor que la de la luz visible.

En la radioastronomía, para poder recibir buenas señales, se deben utilizar grandes antenas, o grupos de antenas más pequeñas trabajando en paralelo. La mayoría de los radiotelescopios utilizan una antena parabólica para amplificar las ondas, y así obtener una buena lectura de estas. Esto permite a los astrónomos observar el espectro de radio de una región del cielo.

 

  • Radar

El radar es un sistema que usa ondas de radiofrecuencia para medir distancias, altitudes y velocidades de objetos tanto estáticos o móviles. Se utiliza para detectar aviones y aeronaves, barcos, coches y vehículos motorizados. También para el estudio de formaciones meteorológicas y del propio terreno.
Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este “eco” se puede extraer gran cantidad de información.


Una de las aplicaciones  más importantes es el radar Doppler, es un dispositivo electrónico que emite una onda de radio con una frecuencia constante. La onda reflejada por el objeto en movimiento llegara con distinta frecuencia que la emitida y esta diferencia permite calcular la velocidad del vehículo aplicando el efecto Doppler.
Entre sus muchas aplicaciónes se incluyen la meteorología, el control del tráfico aéreo y terrestre y gran variedad de usos militares.

  • Resonancia Magnética Nuclear. RMN

La resonancia magnética nuclear estudia los núcleos atómicos al alinearlos a un campo magnético constante para posteriormente perturbar este alineamiento con el uso de un campo magnético alterno.
Se coloca al paciente dentro de un electroimán muy potente. Se le envía una onda de radiofrecuencia que entra en resonancia con los protones del hidrógeno, que están presente en todos los tejidos del cuerpo humano. Se interrumpe la onda y los protones vuelven a su estado natural emitiendo una señal que es recibida y utilizada para reconstruir una imagen del interior del paciente.


La resonancia magnética crea imágenes detalladas de los órganos, tejidos blandos, huesos y prácticamente toda la estructura interna del paciente.

 

  • Medicina.

Es importante conocer que, en los últimos años, la radiofrecuencia ha ampliado sus “servicios” y ahora, además de seguir empleándose dentro del ámbito de las telecomunicaciones, ha pasado a ocupar un papel fundamental en el campo de la medicina.

La radiofrecuencia se ha usado en tratamientos médicos durante los últimos 75 años, generalmente para cirugía mínimamente invasiva, utilizando ablación por radiofrecuencia o crioablación.

La ablación es la destrucción completa de un órgano o de un tejido.

También estan los tratamientos en los que se usa la radiofrecuencia en contra la apnea durante el sueño o para arritmias cardiacas.
Otro uso es la diatermia, que es una técnica que utiliza el calor producido por la radiofrecuencia para tratamientos quirúrgicos, de tal forma que produce la coagulación de tejidos e impide que el tejido sangre tras la incisión quirúrgica. Además de cauterizar vasos sanguíneos para prevenir el sangrado excesivo, también se puede utilizar el calor producido por la diatermia para destruir tumores, verrugas y tejidos infectados. Esta técnica es particularmente valiosa en neurocirugía y cirugía del ojo. Los equipos de diatermia normalmente operan en la frecuencia de onda corta de radio o energía de microondas.

  • Tratamientos de Belleza.

La radiofrecuencia, en niveles de energía que no producen ablación, se usa también como tratamiento cosmético para tensar la piel, reducir la grasa (lipolisis) o promover la cicatrización. Es una técnica usada en los centros de belleza y medicina estética.
El uso de la radiofrecuencia para tensar la piel tiene su base en que se produce energía que calienta el tejido, lo que estimula la producción de colágeno y elastina subcutánea, consiguiendo que se reduzcan las arrugas de la piel. En el rostro, la radiofrecuencia facial es una alternativa a un lifting quirúrgico y otras cirugías cosméticas.

Microondas

Las microondas son onas electromagnèticas que se localizan entre 300 MHz (longitud de onda de 1 m) y 300 GHz (longitud de onda de 1 mm).
El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency – frecuencia ultra alta). Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominan ondas milimétricas.

Usos y aplicaciones:

  • Horno Microondas

Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera.

 

  • Telecomunicaciones

En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada.

La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.

  • El máser

Un máser es un amplificador de microondas por la emisión estimulada de radiación, un amplificador similar al láser pero que opera en la región de microondas del espectro electromagnético y sirve para recibir señales muy débiles. La palabra deriva del acrónimo en inglés MASER, por Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

El máser y el láser están basados en el fenómeno de emisión estimulada de radiación, estudiado por Albert Einstein en 1916: Cuando una molécula se halla en un estado excitado, de energía E2 mayor que la de su estado fundamental, E1, puede producirse la transición espontánea del nivel excitado al fundamental, emitiendo un fotón cuya frecuencia corresponde al salto energético ΔE = E 2 − E1 entre los dos niveles.
Pero si un fotón de esa misma frecuencia incide sobre una molécula en el estado excitado, se puede inducir o estimular la transición al fundamental, resultando dos fotones de la misma frecuencia, el incidente más el emitido. Cuando el fenómeno ocurre dentro de una cavidad de paredes reflectoras (cavidad resonante), se desencadena una cascada de emisiones estimuladas y se amplifica la radiación inicial, siempre que dentro de la cavidad se mantenga de alguna forma la población de moléculas excitadas. Un orificio en la cavidad resonante deja salir parte de la radiación (microondas en el máser o luz en el láser) en forma de un haz estable, unidireccional y muy monocromático, es decir de una frecuencia bien determinada.

Con un máser que amplifica señales sin agregar mucho ruido, se podrían crear detectores que funcionen en la astronomía y la medicina.

Hasta ahora esta tecnología es usada en misiones espaciales distantes como la de la sonda Voyager. Y es que la microondas atraviesan los materiales que la luz no puede penetrar, como las nubes y la piel.

Otra de las aplicaciones podría ser la de crear escáneres hipersensibles, gracias a la amplificación que logra el máser. Así se podría detectar un tumor cancerígeno con mayor facilidad y precisión.

  • Armas

En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.

El rifle táctico de asalto Phasr (Personnel Halting and Stimulation Response) es un prototipo de arma no letalcreado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, La finalidad de esta arma es generar y enviar un pulso de microondas con diferente grado de intensidad y potencia, hacia uno o múltiples objetivos en un área concreta, el efecto del sistema térmico hace que se caliente la capa externa de la piel utilizando las microondas para repeler a los individuos de forma segura.

  • Cámaras radiofrecuencia

Las cámaras de vigilancia inalámbricas se utilizan en instalaciones en las que no puede utilizarse cableado. Su instalación es muy sencilla, solo requieren un transmisor que va acoplado a la cámara y un receptor que se conecta directamente a la televisión, el monitor, un videograbador o un ordenador, de forma que puedan visualizarse las imágenes y montar un CCTV (Circuito Cerrado de Televisión).

  • Detector de radiofrecuencia

El Detector de RF Digital funciona con tecnología de escaneo de radio frecuencias para detectar y localizar camaras ocultas, microfonos espias, telefonos celulares y otros dispositivos que operen con radio frecuencia (hasta 6 Ghz). Esta unidad fue diseñada para que pueda ser utilizada por cualquier persona sin conocimientos en contramedidas electronicas logrando resultados sorprendentes.

 

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7 enero 2018 Posted by | ....BIII-Óptica, ....BIV-Electromagnet, 2n Batxillerat-Física | , , , | Deja un comentario

Jaula de Faraday

La Jaula de Faraday fue descubierta por el científico británico Michael Faraday.Faraday

Dicha jaula es una caja, rejilla o malla metálica que forma un recinto capaz de bloquear los campos electromagnéticos.

La jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo,  en el interior de la caja o rejilla metálica se anulan los efectos de los campos eléctricos externos.

Cuando dicha caja o rejilla se coloca en un campo eléctrico exterior, las cargas positivas se quedan en su posición original, fijas en la red, mientras que los electrones se mueven en sentido contrario al campo eléctrico, y aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado se queda sin electrones (carga positiva). Esto genera un campo eléctrico de igual  magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético externo, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0, formando una barrera de bloqueo.

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas que se reflejan en las superficies conductoras (estas actuancomo si fueran espejos). Las de las emisoras de FM tienen longitudes del orden de unos pocos metros, y las de AM, de unos cientos de metros.jaulaFaraday

Un aparato de radio en funcionamiento deja de sonar al introducirlo en una jaula de malla metálica.

Para que suceda lo mismo con un teléfono móvil necesitaríamos una malla mucho más tupida o, mejor aún, envolverlo en papel de aluminio.

Aplicaciones:

– Horno microondas

Evitar la salida de las ondas microondas del horno microondas y de esta manera calentar la comida.

Recordar que la frecuencia de calentamiento  de la moléculas de agua se encuentra alrededor de los 2450MHz.

Para entender cómo funciona este proceso hay que recordar que las moléculas de agua son bipolares, es decir, que tienen una parte positiva (hidrógeno) y una negativa (oxígeno). Por tanto, al aplicar un campo electromagnético variable (las ondas que el microondas lanza contra el alimento), lo que está sucediendo es que las moléculas de agua se están continuamente reorientando. Este giro se produce a razón de unos 2.450 millones de veces por segundo, lo que hace que las moléculas adquirieran una cantidad de energía considerable que, finalmente, pasa en forma de calor al alimento.horno-microondas Por eso si pones un plato vacío, este probablemente no se calentará.

Cabe mencionar que las microondas no calientan por sí mismas el alimento sino que es necesario que estas reboten en las paredes una y otra vez para producir la rotación de las moléculas.

Esta frecuencia puede causar interferencias a las redes Wifi y bluetooth que usan frecuencias parecidas. Para evitar esto se utiliza el efecto Jaula Faraday para que las ondas microondas no salgan al exterior, el horno se recubre de una malla metálica. La longitud de onda en la banda de los 2450 MHz es de 12,5 cm.

Las ondas se encuentran perfectamente atrapadas dentro del microondas, ya que rebotan en sus paredes metálicas y no son capaces de salir a través del plástico transparente de la puerta. Para que una onda pueda atravesar una abertura, esta debe ser mayor que la longitud de onda de la onda. Y la rejilla que hay en la puerta está formada por orificios un centenar de veces más pequeños que la longitud de onda de las microondas.

– Dispositivos electrónicos.

Los teléfonos móviles, dispositivos de audio emplean el principio de jaula de Faraday para evitar interferencias y ruidos entre los altavoces y micrófonos. 

Esta rejilla se utiliza para evitar el ruido molesto de las interferencias entre el teléfono móvil y su altavoz.Rayocoche

– El coche.

El coche forma una jaula de Faraday para proteger a sus ocupantes en caso de que el vehículo sea alcanzado por un rayo.

Si vais un día en vuestro coche y empieza una tormenta,  quedaos  dentro ya que es una perfecta Jaula de Faraday  y no sufriréis ningún daño.  En la imagen podéis observar que el rayo  cae sobre el coche y se descarga por la rueda delantera.

– El avión

Uno de los ejemplos más impresionantes de la Jaula de Faraday se dan cuando un rayo cae en un avión.

La razón principal por la que un rayo no es capaz de derribar un avión en vuelo es que el fuselaje de aluminio de la nave actúa como una “jaula de Faraday”.

Impresionante. Como vemos, el avión es una simple Jaula de Faraday a gran escala,  el rayo atraviesa  el avión entra por una punta y sale por otra, pero sin afectar al interior, es decir, a los pasajeros y la maquinaria. La buena aplicación de este sencillo efecto salva miles de vidas.

21 abril 2013 Posted by | ....BIV-Electromagnet, 2n Batxillerat-Física | , , , | 1 comentario