Espectro electromagnético y bandas de frecuencia

1) Introducción.

En esta entrada les explicaré de una forma muy sencilla qué es el espectro electromagnético, las bandas de frecuencia y algunos datos interesantes. ¡Apto para todos los públicos!

2) Importante.

En este tema se tratan conceptos como "longitudes de onda y frecuencias".

Para el que no sepa nada acerca de estos conceptos les recomiendo que visiten mi entrada anterior titulada "análisis de una onda" (ya que no puedo explicar el mismo concepto en cada entrada, aun así lo simplifico lo máximo posible)

Click aquí para aprender sobre análisis de una onda

3) ¿Qué es el espectro electromagnético?

En palabras simples, no es más que la representación (en una tablita por ejemplo) de todas las frecuencias que existen.

Esto es fácil de comprender. Veamos un ejemplo.

¿Cuántos tipos de seres vivos existen?-Pues los animales, los vegetales, hongos...

¿Y al conjunto de todos esos, como se denomina? - Pues "seres vivos".

Pues aquí exactamente lo mismo. ¿Cuántas frecuencias hay?. -Pues se podrían clasificar en distintos bloques, que son los siguientes:

"Radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X, rayos ganma".

(Les dejo una tablita sacada de la Web unicrom.com)

Pues al igual que el conjunto de los 5 reinos de los seres vivos, se denomina "seres vivos" al conjunto de TODAS las frecuencias se denomina "Espectro electromagnético".

3.1 Ideas a tener en cuenta

3.1.1 peligros de las altas frecuencias

Mientras más pequeña sea la longitud de onda, mayor será su frecuencia. (Los rayos ganma por ejemplo).

Esto es interesante por lo siguiente: ¿Ustedes se creen que sus cuerpos son totalmente "sólidos"?.

Aunque a simple vista no se vea, tenemos "huecos" a nivel atómico. Esto significa que si la longitud de onda es lo suficientemente pequeña, nos puede "atravesar" el cuerpo como un colador...¡y peor aun! como incida sobre un átomo de hueso, esa energía queda "atrapada" en el mismo (en forma de calor) lo que puede hacer que nos "queme" por dentro.

Es por cosillas de este tipo que los Rayos Ganma son tan peligrosos, porque su longitud de onda es  inferior a 10pm  (picómetros) eso equivale más o menos a 10 elevado a -11 metros....eso unido a que como ya dije, a menor longitud de onda, mayor frecuencia, os están machacando con más de 30 exahercios (aproximadamente 3 elevado a 19 hercios por segundo...una auténtica bestialidad.

Si quieren algún que otro ejemplito de ondas que pueden ocasionarles problemas interesantes, pueden ver esta imagen (la he extraído de http://tulupusesmilupus.com)

3.1.2 Lo que nosotros vemos

 Dejando a un lado este tema, es evidente (pero importante) mencionar que las frecuencias que nosotros podemos percibir con "los ojos" es la que se encuentra en la parte de "Luz visible" (la que nos permite ver los colores del arco-iris)

4) Bandas de frecuencia

Como ya expliqué, el espectro electromagnético no es más que "la representación del conjunto de todas las frecuencias que existen". Pues muy bien. Si se fijan, esas frecuencias están dividida en una serie de "bloques" (radio, microondas...).

Pues esos rangos de frecuencias (trocitos del espectro) es lo que se denomina bandas de frecuencia.

Un ejemplo por si no queda claro puede ser el siguiente.

Imagínense que van con su vehículo por una autopista. Dicha autopista es el conjunto de diversos carriles por los que circulan los vehículos. Pues la autopista es el espectro electromagnético y las bandas de frecuencias serán algo así como "los carriles" que dividen y forman dicha autopista.

4.1 ¿Quien regula las bandas de frecuencia?

Hay que tener en cuenta de que el medio por el que se transmite las ondas es compartido por todo el mundo (el aire).

Para explicar esto, piensen por ejemplo en la ducha de sus cuartos de aseo.

Suponiendo de que en toda la vivienda solo se disponga de una (medio compartido por todos los residentes de la vivienda). Es evidente que su uso debe de llevar cierto orden ya que todos los miembros de la familia no pueden ducharse (quedaría algo raro xD) al mismo tiempo y con la misma ducha.

Pues aquí igual. Existe un medio común para las radiocomunicaciones (el aire) y por tanto debe de haber algún organismo que le diga a cada persona "Tú vas a utilizar el trocito de frecuencia situado entre estos puntos que yo te asigno".

De este modo, no entras en conflicto.

Volviendo al ejemplo de la autopista, si un carril está ocupado, tú no puedes llegar e invadir al pobre conductor colisionando con él... a cada uno le asigna su "trocito de carril" para que "conduzca" feliz.

El organismo que regula esto es la  Unión Internacional de Telecomunicaciones 

4.2 La banda libre (ciudadana)

A pesar de lo dicho anteriormente, hay un trocito de frecuencia que puede utilizarse sin pedir permiso a la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Esa banda es la de los 27Mhz (megahercios) 

5) Mi canal de Youtube

Si alguno siente curiosidad por ver alguno de mis trabajos (tales como construir un árbol de Navidad con LEDs, construir circuitos digitales con un solo tipo de puertas, simplificaciones por Karnaught y alguna que otra cosilla de electrónica) pueden hacer click aquí para ver mi canal

diariamente contesto comentarios :)

6) Peticiones y agradecimientos

Gracias a todos los que se molestan en leer mis entradas. Bien soy consiente de que nada más publicar algo, poco más de 10 personas le echan un vistazo casi al instante. Desconozco quienes son, pero gracias :)

Intento esforzarme todo lo posible para que los conceptos se comprendan, pero no olviden que yo también soy alumno, y puedo equivocarme.

Si creen que mi trabajo sirve de algo y/o es bueno, pueden compartirlo con sus conocidos mediante los botones "compartir". También pueden suscribirse a mi blog y a darle a "me gusta". 

Para cualquier comentario, estaré encantado de recibirlos con vuestras opiniones, correcciones y experiencias. Aun soy nuevo por lo que no tuve ninguno, pero quizás en algún futuro alguien se manifieste xD.

Y nada, que os incito como siempre a que toda información de los blogs o páginas que utilicéis, nombren al autor y/o página de extracción. 

Mucha suerte a todos :D

Ondas electromagnéticas y polarizaciones

1) Introducción

Las entradas que voy publicando tienen cierto "orden" y es casi imprescindible llevarlos al día para poder comprender mis explicaciones en su totalidad.

El motivo es porque como comprenderán, me saldría las entradas demasiado extensas si me dedico a explicar en cada uno todos los conceptos de las anteriores.

Para comprender este tema os recomiendo encarecidamente que lean como mínimo esta entrada que habla sobre las ondas mecánicas, transversales y longitudinales: Click aquí para conocer un poco sobre las ondas mecánicas, transversales y longitudinales

(A pesar de todo, intentaré simplificarlo lo máximo posible)

2) Ondas electromagnéticas.

Bueno, ¿Alguna vez habéis hecho un electro-imán?

Para el que no sepa lo que es, se trata simplemente de crear un imán (como los que seguramente tienes en tu frigorífico para sujetar papelajos) a partir de un metal y un generador de energía (una pila por ejemplo).

Las instrucciones son bien simples:

1) se coge un tornillo

2) un trozo de alambre o hilo de cobre de cualquier cable

3) enrollas el alambre sobre la espiral del tornillo

4) cada extremo del alambre lo colocas a un polo de la pila (da igual a cual lo conectes).

5) Listo, ya tienen un imán para ser el niño más popular de la clase *-* acércale un trocito de metal para ver como lo atrae.

quedaría algo así:

(La imagen la recorté de un vídeo de Wikihow. Es importante dar créditos)

Bueno...¿Y todo esto para qué me sirve? - Pues para demostrar que a partir de un campo eléctrico, se crea un campo magnético. Así de simple.

Las ondas electromagnéticas siguen ese mismo principio.

Una onda electromagnética no es más que un campo eléctrico solapado a un campo magnético. El eléctrico genera el magnético (como en el ejemplo del electroimán) y el magnético genera un nuevo campo eléctrico.

Si se fijan, es como un bucle D:! uno se genera a partir del otro, como si se "realimentasen".

Bueno, hasta aquí la idea. No me voy a meter en "el motivo por el cual sucede todo esto" por varios motivos.

El primero es porque lo que pretendo es daros una idea del tema en cada entrada y si empiezo a meterme en formulitas y demás, no acabamos nunca por la extensión de cada concepto(además de que acaba más de uno perdido)

El segundo motivo es simplemente porque para el nivel de estos exámenes, con tener más o menos estas ideas claras son suficientes para ganarse el aprobado (o si seesfuerzan un poco más, un notable alto como en mi caso).

Voy a dejarles una ilustración para que no consuman demasiada imaginación:

Esto podría ser una representación gráfica del concepto. Un campo magnético solapado al magnético que genera. Cada uno, forma al otro. Como toda onda, tiene una lambda (longitud de onda) que como se explicó en la entrada anterior, no es más que "lo que mide la onda en metros".

3) Características de una onda electromagnética

Estas ondas a partir de ahora las voy a denominar O.E (para abreviar).

*La principal característica de las O.E es que NO necesitan de ningún medio elástico (agua, aire...) para su propagación (ya expliqué que ella solita se va "realimentando"). 

¿Qué ventaja tiene eso?. -Pues para empezar que puedas leer esta entrada.

Solamente imaginen un claro ejemplo de O.E imprescindible para sus vidas...la calorífica del Sol (y ya de paso la luz).

Uno de los motivos por el cual la luz viaja a 300.000km/s es porque en el vacío no hay "obstáculos" (llamémoslo moléculas) que obstaculice nuestra trayectoria. ¿O acaso ustedes son capaces de ir a la misma velocidad corriendo en el agua o en tierra? (evidentemente en el agua van más despacios). El motivo es diferente, pero la idea se entiende.

Entonces ya tenemos una gran característica "el poder propagarse en el vacío" (las ondas mecánicas no pueden, ya que necesita transmitir su vibración a las moléculas del medio, y en el espacio no es que abunden). Lo que provoca que puedan recorrer larguísimas distancias sin apenas pérdidas. (Evidentemente cuando entran a la atmósfera las pérdidas son claras).

*Otro punto es que las ondas de radio se consideran O.E y sus características son similares. (Pueden alcanzar los 300.000km/s (teóricamente). Por eso podemos oír señales de radio a miles de kilómetros.

*La frecuencia pueden tranquilamente alcanzar millones de hercios. (Recordar para el que no se ha leído la entrada anterior que la frecuencia es el nº de ciclos por segundo y el hercio es la medida del ciclo) Ejemplo: frecuencia de 50 hz = 50 ciclos por segundo.

Hasta aquí un poquito lo que es la idea. Como siempre digo, esto puede profundizarse hasta el infinito y más allá, pero solamente con esto ya tienen sus puntillos asegurados si están en un nivel más o menos medio.

4)Polarizaciones

¿Qué es lo que sucede cuando a una persona española pésima en los idiomas le hablas en francés?- Pues seguramente le sonará a chino.

¿Y si le hablas en inglés?- Pues más de lo mismo.

Basado en esto, es importante entender que las polarizaciones tienen como utilidad "El que la antena receptora entienda el idioma (Ondas electromagnéticas) que le envía la antena emisora. Es decir, si miran en los tejados de sus casas o azoteas de sus edificios, verán una antena preciosa (si no la veis, tenéis posiblemente un problema ¬_¬). 

Pues dicha antenita, no es más que un dispositivo  cuya función es recibir la información de la emisora.

Imaginaos que un amigo (antena emisora) os habla (su voz imaginense que son ondas electromagnéticas aunque en verdad es mecánica) y vuestros oídos (receptores) es esa antena fabulosa que tenéis en vuestros respectivos tejados.

Pues bien. Para que la información  en forma de O.E entre emisor y receptor sea adecuado, es necesario  que compartan ambas antenas la misma polarización (idioma).

Ahora bien, existen 3 tipos de polarizaciones (y a su vez cada una se divide en 2 tipos) por lo que nos encontramos con 3 tipos y 2 "subclases".

Veamos unos esquemitas.

(la imagen he copiado de aeromodelismovirtual.com, den créditos a todo lo que cojan para sus blogs)

Pues muy bien, vamos a detallar un poco de que va cada una.

4.1 Lineal 

Es cuando los campos de la onda electromagéntica (eléctrico y magnético) mantiene su posición durante todo el trayecto. Es por eso que se llama lineal. Quédense con el concepto de que cuando algo va en "línea recta" no varía su "rumbo" durante el trayecto.

La dirección puede ser vertical y horizontal.

4.2 Circular

Es cuando el dibujito que forma los campos toma forma de "círculo" tal y como se muestra en la imagen. Es decir, que va "dando vueltas entre sí" al mismo tiempo que avanza.

Si la dirección es en sentido de las agujas del reloj (hacia la derecha) se llama levórica y si "los circulitos" van hacia la izquierda se llama destrógica. (Sinceramente, ni yo mismo me se esas "palabrotas.

 Con que se queden con "horario y antihorario" es más que suficiente).

4.3 Elípitca

más de lo mismo. Es cuando avanza con una forma de "huevo" xD (lo que viene a ser una elipse de toda la vida, una circunferencia ovalada).

También puede girar en sentido horario o antihorario.

5) Mi canal de Youtube

Para el que desee ver algunos de mis vídeos son libres de visitar mi humilde canal :)

Entre los vídeos destacadas se encuentra por ejemplo.

Como construir un árbol de Navidad con LED (aprovechando que ya mismo es Navidad) 

Como construir un circuito digital solo con puertas NAND

Como se realizan los mapas de Karnaught para simplificación de circuitos...

Para ver cualquiera de esos vídeos o alguno más que os interese Solo deben hacer click aquí para ver mi canal

6) Peticiones y agradecimientos

Hasta aquí, una pregunta más sobre un examen oficial de radiocomunicaciones. 

Agradecer a todos los que hayan decidido echarle un vistazo :) Atenderé a cualquier comentario con sus experiencias sobre el tema. (Si les ha gustado, si no les ha gustado, si ven que algo puede mejorare...lo que gusten).

Si creen que me lo merezco pueden darle a un "me gusta", compartirlo con sus compañeros o conocidos o enviarme algún pequeño comentario de agradecimiento o lo que ustedes crean oportuno.

Como siempre, fomento el que se de créditos al autor de cada fragmento que utilicen en sus blogs. Saludos ¡y suerte! :D

Análisis de una onda

1) Introducción

En la entrada anterior expliqué de la mejor forma que fui capaz las ondas mecánicas con sus dos variantes: transversales y longitudinales. 

Pueden leerla desde este enlace si lo desean: Click aquí para ver: entrada 1: Ondas mecánicas longitudinales y transversales

Ahora veo conveniente explicar una pregunta muy básica de este tipo de exámenes: El análisis de una onda. 

Vamos a utilizar una senoidal para su estudio (en el dibujo de abajo puede verse)

Esta pregunta es tan simple de responder como memorizarse el dibujito (casi nadie suele fallar en esto).

2) Conceptos  

2.1) Línea de potenciales.

Esto determina si la onda se encuentra en el semiciclo positivo o el negativo. Cuando está por encima de la "Línea de tiempos o Línea cero"(ver imagen)  se dice que está en el positivo y cuando está por debajo, se dice que está en el negativo.

2.2)Semiciclo

Un semiciclo no es más que "la mitad de un ciclo" o lo que es lo mismo " la curva que se forma desde la línea de tiempos hasta que vuelve otra vez a dicha línea. Les dejo otro dibujito para que se vea más claro.

La curvita positiva (+) es un semiciclo positivo y la que pone el signo menos (-) es un semiciclo negativo. 

2.3) Pico o cresta.

Si se fijan en el dibujo, no es más que "el valor más alto" de dicha onda. O lo que es lo mismo, el punto donde la onda tiene su máxima potencia

.

Imaginense que están escalando una montaña. Pues el punto más alto de ésta (el pico) es el pico o cresta de la señal. Solo que en el caso de la montaña el pico determina la altura máxima y en este caso el pico es la potencia máxima.

2.4) Seno o valle.

Es lo mismo que antes, solo que en este caso representa el punto "más negativo" de la señal.

Es decir, el punto más bajo que la señal "cae".

2.5) Valor pico a pico.

Imaginense que están montados en una "montaña rusa". Dicha montaña rusa se encuentra a una altura media de 0 metros (nivel de la tierra). Ese punto medio sería la línea de tiempos. Cuando esa montaña rusa sube a su punto más alto situado a 5 metros, estás en el "pico/cresta" del potencial positivo. En el momento en que la montaña rusa cae 10 metros (los 5 que subió + 5 por debajo de su línea central) se encuentra  a una altura de -5 metros (potencial negativo) y sería su valle o seno.

Pues muy bien, esa diferencia de altura (potencia/voltaje/corriente o lo que sea que estén midiendo) entre su valor más alto "pico positivo"  y su valle o seno (pico negativo) es el valor de pico a pico. En el ejemplo que puse, el valor de pico a pico sería de 10V en caso de estar midiendo voltaje, (5 por arriba y 5 por abajo respecto a un punto 0)

2.6) Amplitud.

Esto no es más que la "altura" de la señal desde la línea de tiempos hasta el punto máximo (valor de pico) en el dibujo se ve claramente,

2.7) Ciclo (onda completa)

Un ciclo puede formarse de "tres formas"

1) De línea de tiempo a línea de tiempo

2) De pico positivo a pico positivo (de cresta a cresta)

3) De valle a valle (de pico negativo a pico negativo)

2.8) Longitud de onda

La longitud de onda (también llamada Lambda) no es más que la "distancia" (expresada en metros) que mide un ciclo.

Un ejemplo bien sencillo es como cuando mides a una persona. Yo por ejemplo mido 1,64 metros (ya no crezco más Q_Q) y eso es porque tomando de referencia el suelo, hasta mi cabeza existen 1,64 metros.

Pues esto es igual, las ondas también tienen "longitud" al igual que nosotros xD... y ahora quizás piensen ustedes..."muy bien ¿y cómo se mide algo invisible?"

Pues muy sencillo...con unas ecuaciones bien sencillas pero que para comprenderlas mejor haré ejercicios de ejemplos al final de la entrada.

2.8.1 Fórmula para calcular la longitud de onda

De momento contentense conque  unas de las formas son:

1) Lambda = C/F

*Lambda = longitud de la onda en metros

*C= velocidad de la luz en metros por segundo

*F= frecencia y se mide en ciclos (Hertz) por segundo.

Luego veremos todo eso con más detalle, pero antes acabemos de ver los conceptos.

IMPORTANTE: Aunque la amplitud disminuya (si habéis leído mi anterior entrada sabrán que a medida que una onda se propaga, sufre pérdidas y disminuye su amplitud, como por ejemplo la voz) la longitud de onda ES SIEMPRE LA MISMA. 

Para entender esto imaginen por ejemplo un muelle. El muelle mide por ejemplo 30 centímetros (amplitud) pues por mucho que aplasten el muelle, su anchura (longitud de onda) será siempre la misma. La "altura" es una cosa y el "ancho" es otra bien distinta. Evidentemente esto es solo un ejemplo para que se entienda la idea.

2.9) Frecuencia.

¿Con qué frecuencia vuestro amigo amigo del alma os visita a casa? ¿1 vez al día? ¿1 vez a la semana?

Pues eso es la frecuencia. Las veces que "se repite algo" por unidad de tiempo. En ondas ese "algo" son los ciclos y se mide en segundos. Así pues "La frecuencia son las veces que un ciclo se repite en un segundo"

Así que cuando escuchen por ejemplo que una onda tiene una frecuencia de 50 Hz (hercios) significa que en 1 segundo, han pasado 50 ciclos.

2.9.1 Fórmula para calcular la frecuencia

F= 1/T.

*F= frecuencia

*1= número 1 (xD)

*T = periodo

10) Periodo

El periodo es tan simple de definir como "El tiempo que tarda una onda en dibujar un ciclo". 

Pongamos de nuevo el ejemplo de la montaña rusa.

Nosotros en una montaña rusa, subimos y bajamos ¿Pero cuánto tardamos en subir y bajar? pues ese tiempo es el periodo...el tiempo que tarda una onda en formar un ciclo completo.

2.10.1 Fórmula para calcular el periodo

T= 1/F

*T = periodo

*1 = número 1

*F = frecuencia

3) Dudas frecuentes entre alumnos, pequeño resumen

Seguramente en un primer momento halla dudas (yo también las tuve) así que os ahorraré la agonía y resumiré algunos de los problemas que los alumnos solemos tener.

3.1) Diferencia entre longitud de onda , frecuencia y periodo.

*La longitud de onda es lo que mide un ciclo de esa onda (ya sea de pico a pico, de valle a valle o de línea de tiempo a línea de tiempo) y se mide en metros. Es algo así como "lo que mide una carretera"

*La frecuencia es simplemente el número de veces que una onda completa se repite en un segundo.

*El periodo no es más que el tiempo que tarda una onda desde que se forma, hasta que termina un ciclo.

4) Ejercicio simple para aplicar lo aprendido hasta ahora.

4.1) Calcular la velocidad si se tiene una frecuencia de 2.500Hz y una longitud de onda de 13,74 cm.

Resolver esto es muy fácil. Lo primero que tenemos que saber es que la longitud de onda debe medirse en metros. Así que convertimos los 13.74cm en metros (es tan simple como dividir por 100)

Ahora aplicamos la fórmula de que la velocidad es "C = F x lambda" (eso sale de la fórmula que vimos anteriormente en el que lambda = C/F) lo único que se ha hecho es despejar la C (velocidad).

Entonces C = 0.1374 metros multiplicado por  2500Hz. El resultado es 343.5 metros por segundo.

y así, con estas sencillas ecuaciones (al final despejando se obtiene unas cuantas a partir de 1) se puede realizar bastantes ejercicios.

5) Peticiones y agradecimientos

Bueno amigos y amigas. Hasta aquí otra pregunta muy frecuente en este tipo de exámenes. Son muchos conceptos pero todo se resumen al final en aprenderse un poco el dibujito y en comprender un par de ideas.

Para cualquier duda que esté dentro de mis posibilidades responderé con gusto. Se agradece infinitamente algún comentario sobre si gusta o no mi trabajo, como poder mejorar, correcciones si ven que algo falla, y en general, cualquier cosita que deseen aportar. 

Del mismo modo si os ha gustado son libres de recomendar mi blog y darle a "me gusta". A cualquier trozo de información que deseen coger, dar los créditos sobre que soy el autor original.

 Muchas gracias y les invito a que sigan leyendo mis humildes explicaciones :D

Para el que quiera ver algunos de mis trabajos de Youtube, pueden acceder a mi canal desde este enlace: 

Click aquí para ver mi canal de Youtube :)

¡Gracias!