La-teoria-del-electromagnetismo-como-elemento-fundamental-en-las-comunicaciones-inalambricas

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE 
MÉXICO 
 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
ARAGON 
 
 
 
 
 
“LA TEORIA DEL ELECTROMAGNETISMO 
COMO ELEMENTO FUNDAMENTAL EN LAS 
COMUNICACIONES INALÁMBRICAS” 
 
 
 
 
 
T E S I S 
 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE 
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA 
PRESENTA: 
 
ALEJANDRO HERNÁNDEZ GALLARDO 
 
 
 
 
 
 
 
ASESOR: Ing. Fortunato Cerecedo Hernández 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEXICO , 2009 
 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
GRACIAS A DIOS POR DARME LA FUERZA 
NECESARIA PARA LEVANTARME, CADA VEZ 
QUE ME TROPIEZO 
 
 
 
 
 
GRACIAS A MI FAMILIA POR SU APOYO Y COMPRENSIÓN. 
 
 
 
MANUEL HERNÁNDEZ SÁNCHEZ 
 
MARGARITA GALLARDO MUÑOZ 
 
JULIO CESAR HERNANDEZ GALLARDO 
 
SARAID HERNÁNDEZ GALLARDO 
 
ITZEL W. HERNÁNDEZ GALLARDO 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 
 
 
- Índice - 
 
 
 
Tema 
 
 Página 
 Introducción 
 
 1 
 Capítulo I: Conceptos básicos 
 
 4 
1.1 Definiciones 4 
1.1.1 Definición de electricidad 4 
1.1.2 Definición de magnetismo 4 
1.1.3 Definición de electromagnetismo 5 
1.1.4 Definición de comunicación 5 
1.1.5 Definición de telecomunicaciones 6 
1.2 Electromagnetismo 6 
1.2.1 Campo eléctrico 6 
1.2.2 Campo magnético 7 
1.2.3 Campo electromagnético 7 
1.2.4 Fuentes materiales 8 
1.2.4.1 Corriente eléctrica 8 
1.2.4.2 Polarización eléctrica 9 
1.2.4.3 Polarización magnética 9 
1.2.4.4 Carga eléctrica 10 
1.2.4.5 Conductores y aislantes 11 
1.2.4.6 Potencial eléctrico 11 
1.2.4.7 Fuerza 12 
1.2.5 Espectro electromagnético 12 
1.2.6 Radiación electromagnética 14 
1.2.7 Medición de campos electromagnéticos 15 
1.3 Comunicaciones 17 
1.3.1 Comunicación cableada 17 
1.3.2 Comunicación inalámbrica 18 
1.4 Uso del espectro electromagnético en las comunicaciones 
inalámbricas 
 18 
1.4.1 Comunicación por radio 19 
1.4.2 Comunicación por ordenador 20 
1.4.3 Comunicación por telefonía celular 21 
1.5 Dispositivos fijos 22 
1.5.1 Antenas 22 
1.5.1.1 Características de las antenas 22 
1.5.1.2 Naturaleza de las ondas 23 
1.5.1.3 Tipos de antenas 23 
1.5.2 Puertos 24 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 
 
 
Capítulo II: Teoría y razonamientos del electromagnetismo 
 
2.1 Introducción 26 
2.2 Los campos electromagnéticoa 26 
2.2.1 Fuentes naturales de campos electromagnéticos 27 
2.2.2 Fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre 27 
2.2.3 Frecuencia y longitud de onda 28 
2.2.4 Campos eléctricos y campos magnéticos 28 
2.3 Historia y evolución del electromagnetismo 29 
2.3.1 Unificación de las leyes eléctricas y magnéticas 29 
2.3.2 Aparición de las leyes de Maxwell 30 
2.3.3 Leyes cuánticas 30 
2.4 Electrostática 30 
2.5 Magnetostática 33 
2.6 Electrodinámica 34 
2.6.1 Electrodinámica clásica 34 
2.6.2 Electrodinámica cuántica 36 
2.7 Leyes electromagnéticas 37 
2.7.1 La teoría del campo de Maxwell 37 
2.7.1.1 El modelo mecánica de éter 38 
2.7.1.2 La interpretación operativa 40 
2.7.1.3 Teoría electromagnética 42 
2.7.2 Las ondas electromagnéticas 44 
2.7.2.1 Propagación de las ondas electromagnéticas 44 
2.7.2.2 Origen y formación 45 
2.7.2.3 Características de las ondas electromagnéticas 45 
2.7.2.4 Descubrimiento de las ondas electromagnéticas 46 
2.7.2.5 Ondas y espectro electromagnético 46 
2.7.3 La teoría de los electrones de Lorenz 49 
2.7.4 La teoría de la relatividad 50 
 
Capítulo III: Comunicación inalámbrica 
 
 
3.1 Introducción 52 
3.2 Evolución de la comunicación inalámbrica 52 
3.3 Hechos sobresalientes en el desarrollo de la comunicación 
inalámbrica 
 53 
3.3.1 Codificación de señales 55 
3.3.2 Códigos de señales 56 
3.4 Desarrollo histórico de las comunicaciones personales 
inalámbricas 
 58 
3.5 Evolución de los FWPC 60 
3.6 Sistema radio celular 62 
3.6.1 Agrupación de celdas 63 
3.6.2 Desarrollo de escenarios 65 
3.6.3 Microceldas 66 
3.6.4 Celdas mixtas 67 
3.7 Tecnología inalámbrica 67 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 
 
 
3.8 Equipo inalámbrico 68 
3.9 Sistema de telefonía celular 68 
3.9.1 Características de los sistemas de telefonía celular 68 
3.9.2 Estándares 69 
3.10 Configuración de una red celular 70 
3.10.1 Centro de conmutación móvil 71 
3.10.2 Estaciones base 72 
3.10.3 Estaciones móviles 72 
3.10.4 Red de interconexión 73 
 
Capítulo IV: El campo magnético y las comunicaciones 
inalámbricas 
 
 
4.1 Introducción 73 
4.2 Electromagnetismo 73 
4.2.1 Concepto 74 
4.2.2 Campo electromagnético 75 
4.2.2.1 Nociones de campo electromagnético 75 
4.2.2.2 Definición de campo electromagnético 76 
4.2.3 Acción próxima y acción a distancia 77 
4.3 Cuasiestacionariedad 78 
4.3.1 Condición 78 
4.3.2 Frecuencias de aplicación del espectro 80 
4.4 La Teoría electromagnética como modelo 81 
4.4.1 Cantidades básicas 82 
4.4.2 Cantidades de fuente 82 
4.4.2.1 Las cargas 82 
4.4.2.2 Las corrientes 84 
4.4.3 Cantidades de campo 85 
4.4.4 Constantes universales 87 
4.5 Operadores vectoriales diferenciales 89 
 Conclusiones 92 
 Glosario 93 
 Bibliografía 103 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 1 - 
 
 
 
- Introducción - 
 
 
 
El simple hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en medios donde 
tenemos que estar comunicados. Por eso la gran importancia de la transmisión y la 
recepción de información. 
 
En la época actual, la ciencia y la tecnología han dejado de ser un tabú o un mito, para 
convertirse en pate de la cotidianidad. 
 
La comunicación ha evolucionado de forma dificultosa a través del tiempo y ha dado 
cabida a muchas tecnologías y a muchos usos. Básicamente, utilizamos la tecnología 
para comunicarnos a distancia; los medios para ello pueden ser: radio, teléfono, 
computadoras, entre otros. 
 
Dentro del presente trabajo de tesis se trata de marcar un panorama general de estos 
conceptos, de su importancia y del uso de la comunicación en muchos aspectos de la 
vida moderna, haciendo énfasis en las comunicaciones inalámbricas que pueden ser de 
voz, de imagen, y/o de datos. Asimismo, es importante mencionar que todo ello no 
podría llevarse a cabo sin que estuviesen involucrados la electricidad y el magnetismo, 
de alguna manera. 
 
Hablando de ordenadores, se puede decir que las redes inalámbricas facilitan su 
operación en sitios en donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar; tal 
es el caso de los almacenes y las oficinas que se encuentren en diferentes lugares. 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 2 - 
 
Hablando de otros aspectos, se encuentra la comunicación mediante radio, microondas 
y, por supuesto, la telefonía que, sumado con las facilidades que da un espectro 
electromagnético, da como resultado una comunicación a grandes distancias, con la 
ayuda de satélites y/o torres repetidoras. 
 
Por supuesto, la finalidad de las comunicaciones inalámbricas no es el sustituir a los 
sistemas alámbricos o que se llevan a cabo a través del uso de cables físicos;por 
supuesto, que eso es tema de otro trabajo. 
 
Se puede decir, sin embargo, que se puede realizar una mezcla de sistemas cableados e 
inalámbricos, creando sistemas híbridos adaptables a las variables necesidades de las 
personas y de las empresas. 
 
Una buena opción para comunicaciones a larga distancia, son las denominadas Redes 
públicas de conmutación de paquetes por radio (hablando de computadores), las cuales 
no tienen grandes errores en cuanto a pérdida de señal. Las redes privadas de 
conmutación de paquetes utilizan la misma tecnología que las públicas, pero bajo 
bandas de radiofrecuencia restringidas. 
 
El espectro electromagnético, recurso natural de las comunicaciones por el espacio, se 
encuentra en un punto muy alto de congestionamiento; esto constituye una evidencia de 
que, a pesar del uso extensivo de los medios de transmisión cableados, la transmisión de 
información por el aire continúa ganando terreno, por ser el mecanismo más económico 
y versátil de cuantos existen para el transporte de información. 
 
El desarrollo de tecnologías modernas que permite la fabricación de dispositivos 
portátiles de comunicaciones, que además sean de bajo costo, ha incrementado la 
necesidad de comunicaciones inalámbricas cada vez más sofisticadas que liberen al 
usuario de la necesidad de conectar sus equipos a puntos fijos. 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 3 - 
 
La congestión radioeléctrica del espacio se ha visto aliviada, en parte, gracias a nuevos 
esquemas de modulación y de compresión de información. Sin embargo, el recurso del 
espacio como canal de comunicaciones, es cada vez más demandado en la medida en 
que los avances tecnológicos permiten el acceso a tecnologías de punta a un mayor 
sector de la población. 
 
Las ondas electromagnéticas viajan desde una antena hasta otra; la primera recibe el 
nombre de emisora o transmisora, la segunda, se llama receptora. 
 
Por su parte, la comunicación por voz, como el teléfono celular o el radio, requieren de 
dispositivos específicos para su funcionamiento. 
 
Con respecto a los teléfonos celulares actuales, son muy útiles para la comunicación 
mediante llamadas; sin embargo, ya tienen integrados diversos servicios que permiten, 
además de la transmisión de voz, transmitir datos, archivos, imágenes, videos, etcétera; 
incluso, acceder a Internet. 
 
Por supuesto, este es un campo sumamente amplio y, de él, sólo tomaremos la parte que 
nos interesa. 
 
Finalmente, se espera que el presente trabajo pueda cubrir con su objetivo que es el de 
informar y dar a conocer esta relación entre el electromagnetismo y las comunicaciones 
inalámbricas. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 4 - 
 
 
 
- Capítulo I: Conceptos básicos - 
 
 
 
1.1 Definiciones 
 
El conocimiento de algunos conceptos dentro del presente capítulo nos ayudará a 
comprender mejor la gama de información que se presenta en todo el presente trabajo. 
 
Para comenzar, se puede hacer un listado de los conceptos básicos a tomar en cuenta: 
 
 Electricidad 
 Magnetismo 
 Electromagnetismo 
 Comunicación 
 Telecomunicaciones 
 
 
Por supuesto, todos ellos pueden mezclarse para permitir el nacimiento de sistemas y 
dispositivos útiles para el ser humano. 
 
 
1.1.1 Definición de Electricidad 
 
Se define como electricidad a la forma de energía capaz de generar luz, calor, 
movimiento, etcétera; asimismo, al conjunto de aplicaciones de ella. 
 
En sí, la electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en 
movimiento; y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo, produce 
fuerzas sobre otras cargas, situadas en su entorno. Si la carga se desplaza, produce 
también fuerzas magnéticas. 
 
Actualmente, las aplicaciones de la electricidad son innumerables, con un alcance de 
prácticamente todos los ámbitos de la cultura moderna. 
 
 
1.1.2 Definición de Magnetismo 
 
Se define como magnetismo a la propiedad que tienen algunos cuerpos de atraer 
limadura de hierro o acero. Se conoce desde la antigüedad, época en la que Tales de 
Mileto ya hablaba de la existencia de un óxido de hierro, llamado magnetita; el cual 
atraía el hierro con mayor o menor intensidad, lo que dependía de la distancia existente 
entre ambas materias. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 5 - 
 
Al mismo tiempo, hizo una observación interesante, notó que después de estar en 
contacto con la magnetita, el hierro presentaba también características magnéticas; es 
decir, se había magnetizado. 
 
El magnetismo es la propiedad de los cuerpos para atraerse o repelerse de acuerdo con 
sus cargas eléctricas. 
 
 
1.1.3 Definición de Electromagnetismo 
 
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos 
eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por 
Michael Faraday y formulados, por primera vez de modo completo, por James Clerk 
Maxwell. 
 
Una forma de graficar al electromagnetismo, es a través de un fluido ferroso que se 
agrupa cerca de los polos de un magneto poderoso: 
 
 
 
 
 
 
 
1.1.4 Definición de Comunicación 
 
En su concepto más general, se define como comunicación a la emisión recíproca de 
mensajes entre dos o más entidades, a través de un código en común. 
 
Esto es, es un proceso de transmitir ideas y/o símbolos, que tienen el miso significado 
para dos o más sujetos, los cuales intervienen en la interacción. 
 
Asimismo, es la utilización de un código específico para la transmisión de un mensaje o 
bien de una determinada experiencia en unidades semánticas (con significado) con el 
objetivo de permitir a los hombres relacionarse entre sí. 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 6 - 
 
1.1.5 Definición de Telecomunicaciones 
 
La telecomunicación es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto 
a otro; normalmente, con el atributo típico adicional de ser bidireccional. 
 
El término telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, tal 
como: 
 
 Radio 
 Telegrafía 
 Televisión 
 Telefonía 
 Transmisión de datos 
 Interconexión de ordenadores a nivel de enlace 
 Radiotelegrafía 
 
 
La base matemática sobre la que se desarrollan las telecomunicaciones, fue desarrollada 
por el físico inglés James Clerk Maxwell 
 
 
1.2 Electromagnetismo 
 
El electromagnetismo, como se ha mencionado ya, es una rama de la física que estudia 
y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en usa sola teoría. 
 
La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el 
campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente 
eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética). Estas ecuaciones son 
conocidas como ecuaciones de Maxwell. 
 
Además, el electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y 
predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la 
posición en el espacio y del tiempo. Describe los fenómenos físicos macroscópicos en 
los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento; utilizando para ello, 
campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y 
gaseosas. 
 
Finalmente, el electromagnetismo es considerado como una de las cuatro fuerzas 
fundamentales del universo actualmente conocido. 
 
 
1.2.1 Campo eléctrico 
 
Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas 
eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en volts por metro (V/m). El flujo 
decrece con respecto a la distancia de la fuente que provoca el campo. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elementofundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 7 - 
 
Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son 
campos eléctricos que no varían con el tiempo. Los campos eléctricos estáticos se 
generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que 
cambian con el tiempo, como lo son los campos magnéticos generados, por ejemplo, 
por electrodomésticos, o por teléfonos móviles, entre otros. 
 
 
1.2.2 Campo magnético 
 
El campo magnético es toda fuerza alrededor de un imán donde la fuerza magnética se 
detecta. 
 
El campo magnético está formado por líneas de fuerza que parecen salir del imán por el 
polo norte, rodean el aire que rodea al imán por el polo sur para formar una trayectoria o 
circuito cerrado de fuerza. Cuanto mayor sea el imán, mayor será el número de líneas de 
fuerza y el área cubierta por el campo. 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.3 Campo electromagnético 
 
Un campo electromagnético es un tipo de energía, tal como lo es: la luz solar, la luz 
ultravioleta, los rayos X, las ondas de radio, etcétera. 
 
Cuando se aplica corriente eléctrica directa (CD) a un alambre o conductor, el flujo de 
corriente o el movimiento de cargas eléctricas, crea un campo electromagnético 
alrededor del alambre en cuestión, propagando una onda en las tres dimensiones hacia el 
exterior de éste. Al remover la corriente, el campo colapsa, propagando de nuevo una 
onda. 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 8 - 
 
Si la corriente se aplica y se remueve repetidas veces por un período de tiempo o si la 
aplicación de la corriente es tal que altere en polaridad por un período uniforme de 
tiempo, se propaga una serie de ondas a una frecuencia discreta. Tal es el caso de la 
corriente alterna (CA) producida por inducción en un generador a 60 Hz por segundo en 
la empresa eléctrica. 
 
 
1.2.4 Fuentes materiales 
 
Se define como campo a un grupo de fuerzas que actúan sin necesidad de contacto 
físico. Se le define como cualquier cantidad física que puede tomar diferentes valores en 
diferentes puntos del espacio. 
 
Debido a que estos conceptos matemáticos, que usan vectores, son de alguna manera 
abstractos, los físicos utilizan varias técnicas para representar los campos vectoriales. 
 
Por supuesto, y para comprender mejor el alcance de la electricidad y el 
electromagnetismo en nuestros días, se hace referencia a los medios y/o fuentes 
materiales de las cuales hace uso esta ciencia para el beneficio de la sociedad y el 
entendimiento de ella misma. Algunos de estos conceptos son: 
 
 Corriente eléctrica 
 Polarización eléctrica 
 Polarización magnética 
 Carga eléctrica 
 Conductores y aislantes 
 Potencial eléctrico 
 Fuerza 
 
 
1.2.4.1 Corriente eléctrica 
 
El movimiento de la carga eléctrica a través del conductor se llama corriente, intensidad 
o flujo eléctrico y se mide en amperios (A); un amperio se define como el movimiento 
de un coulomb de carga por segundo que pasa por un punto dado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 9 - 
 
Un circuito se forma en donde quiera que haya un camino cerrado para el flujo de 
corriente. Con la corriente directa, ésta fluye en una dirección a un ritmo constante; con 
la corriente alterna, tanto la dirección como la cantidad del flujo de corriente cambian 
periódicamente en el tiempo. 
 
La frecuencia de la carga en la corriente alterna se expresa en ciclos por segundo o hertz 
(Hz). 
 
Para la corriente alterna de 60 Hz, un ciclo dura 1/60 de segundo y la dirección de la 
corriente se invierte dos veces en ese tiempo. 
 
 
1.2.4.2 Polarización eléctrica 
 
En el electromagnetismo clásico, la polarización eléctrica, también llamada densidad de 
polarización o simplemente polarización, es el campo vectorial que expresa a la 
densidad de los momentos eléctricos dipolares permanentes o inducidos en un material 
dieléctrico. 
 
El vector de polarización P es definido como el momento dipolar por unidad de 
volumen. La unidad de medida en el Sistema Internacional es el coulomb por metro 
cuadrado (C/m2). 
 
La polarización eléctrica es uno de los tres campos eléctricos macroscópicos que 
describen el comportamiento de los materiales. Los otros campos son: 
 
 El campo eléctrico E 
 El desplazamiento eléctrico D 
 
 
1.2.4.3 Polarización magnética 
 
 El magnetismo en la materia equivale a una distribución de momentos magnéticos 
atómicos, cuya contribución al momento magnético total de un material dado puede 
describirse, desde un punto de vista macroscópico, como una densidad volumétrica de 
momento magnético; o bien, un momento magnético M por unidad de volumen, 
llamada magnetización, que está dada por: 
 
M = dM/dv [en A/m] 
 
La fórmula anterior puede ser expresada en términos de una cantidad vectorial llamada 
polarización magnética J, dada por: 
 
J = o dM/dv 
. [en tesla (T) = V.s/m2] 
= o M 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 10 - 
 
Donde: o es la constante de campo magnético 
 
Por supuesto, hay que tomar en cuenta que: 
 
o = 4 x 10-7 [V.s/A.m] 
 
 
1.2.4.4 Carga eléctrica 
 
La carga eléctrica es transportada por los electrones y protones; las partículas 
eléctricamente cargados de los átomos. 
 
 
 
 
 
Los electrones están cargados negativamente; los protones tienen una carga igual pero 
positiva. 
 
Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen. De esta manera, dos protones o 
dos electrones se repelen unos a otros, mientras que un protón y un electrón se atraen. 
 
 
 
 
 
 
 
La fuerza ejercida por las cargas eléctricas es fuerte, billones de veces más fuerte que la 
gravedad terrestre. En la mayoría de los átomos y moléculas, el número de electrones y 
protones es igual, y las fuerzas debidas a las cargas eléctricas están en balance. 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 11 - 
 
Cuando un átomo o una molécula tiene un exceso de electrones o de protones, 
transporta una carga eléctrica neta y se le llama ión. 
 
La carga eléctrica se mide en coulombs (C). Un coulomb representa la carga combinada 
de 6 * 1018 electrones o protones; los electrones o protones tienen cargas individuales de 
1.6 * 10-19 C. 
 
 
1.2.4.5 Conductores y aislantes 
 
Un conductor es cualquier material en el cual los electrones pueden moverse libremente 
y redistribuir la carga. 
 
Se le llama conductividad a la propiedad de un material que determina la cantidad de 
corriente que fluirá a través de la unidad de área del material. Los metales son, 
generalmente, buenos conductores. Cuando los electrones en un material no están libres 
para moverse fácilmente, entonces se dice que el material es un aislante. 
 
Todas las sustancias son conductoras y aislantes en diferentes grados. La propiedad que 
define las características aislantes de un material, es la resistencia. 
 
La carga en un conductor se distribuye con regularidad sobre su superficie. Un 
conductor está a tierra cuando se conecta a algo que acepta el exceso de carga; por 
ejemplo, el suelo. 
 
 
1.2.4.6 Potencial eléctrico 
 
Si una corriente ha de fluir desde un punto a otro, debe de existir una diferencia de 
potencial eléctrico entre los dos puntos. 
 
Se le conoce como potencial al trabajo requerido para mover una unidad de carga a un 
punto dado de una distancia infinita. 
 
Una diferencia de potencial se define como el trabajo necesario para transportar una 
unidad de carga desde un punto a otro. Este trabajo se mide en joules por coulomb, o 
voltios. Por lo tanto una diferencia de potencial o voltaje en un conductor causa que las 
cargas se muevan, creando corriente. Con la corriente alterna, tantoel voltaje como la 
corriente varían sinusoidalmente. 
 
La propiedad de un material que le permite mantener una diferencia de potencial entre 
dos puntos es su fuerza dieléctrica, la cual se mide en voltios por metro (V/m). Cuando 
la diferencia de potencial entre dos puntos excede la fuerza dieléctrica de un material, 
ocurre un derivamiento eléctrico, se forman partículas cargadas (iones) y la corriente 
fluye. La fuerza dieléctrica del aire es aproximadamente 2500 kV/m. 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 12 - 
 
A un material no conductor, o aislante, puede también llamársele dieléctrico. Dos 
conductores separados por un material dieléctrico forman un capacitor. La carga puede 
aumentar en los conductores y crear un potencial eléctrico entre ellos. Cuando el 
potencial excede la fuerza dieléctrica del material entre los conductores, la corriente 
fluye a través del material dieléctrico. 
 
 
1.2.4.7 Fuerza 
 
La fuerza es la razón o velocidad a la cual la energía es usada y puede expresarse como 
joules por segundo, o watts (W). 
 
Es el producto del voltaje y corriente: 
 
voltios x amperios = joules/coulomb x coulomb x segundo 
 
 = watts. 
 
 
Una bombilla eléctrica de 100 watts utiliza 100 joules por segundo, o 100 watts de 
fuerza eléctrica. El consumo de energía eléctrica se mide en kilowatts hora (kWhr), 
donde kWhr es 100 W (0.1kw) de fuerza por diez horas, o cualquier otro producto de 
fuerza en kW y el tiempo en horas que equivale a uno. 
 
Un potencial de 120 voltios esta disponible en la mayoría de los toma-corrientes en las 
casas. Una bombilla eléctrica entonces utiliza más o menos un amperio de corriente. 
 
Una casa que usa 720 kWhr por mes, promedia 1000 W y 8.3 amperios continuamente. 
En contraste, una línea de transmisión puede transportar 2 millones de kW y 2500 
amperios. El voltaje en las líneas de transmisión se reduce hasta el nivel en que se 
utiliza en las casas por medio de transformadores. 
 
 
1.2.5 Espectro electromagnético 
 
Retomemos un poco de los conceptos anteriores: En física, un campo es la zona del 
espacio en donde se manifiestan fuerzas. Por ejemplo: 
 
 El campo gravitatorio sería la zona en donde hay una fuerza gravitatoria 
responsable de que los cuerpos tengan un determinado peso. 
 
 Un campo electromagnético es una zona en donde existen campos eléctricos y 
magnéticos, creados por las cargas eléctricas y su movimiento, respectivamente 
 
 
Por supuesto, la forma más sencilla de explicarlo, es mediante una imagen, la cual se 
muestra a continuación: 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 13 - 
 
 
 
 
 
 
 
Los campos magnéticos se dan en forma natural en nuestro entorno y nuestro organismo 
está habituado a convivir con ellos a lo largo de nuestras vidas; por ejemplo: 
 
 El campo eléctrico y magnético estático natural de la Tierra 
 Los rayos X y gamma provenientes del espacio 
 Los rayos infrarrojos y ultravioletas que emite el sol 
 La propia luz visible, que es una radiación electromagnética 
 
 
Por otro lado, también estamos sometidos a numerosos tipos de campos 
electromagnéticos de origen artificial, como: 
 
 Las radiofrecuencias utilizadas en la telefonía móvil 
 Ondas de radio 
 Ondas de televisión 
 Sistemas antirrobo 
 Detectores de metales 
 Radares 
 Mandos a distancia 
 Comunicación inalámbrica 
 Etcétera 
 
 
Todos ellos, forman parte del espectro electromagnético y se diferencian en su 
frecuencia. La frecuencia determina sus características físicas y, por lo tanto, los efectos 
biológicos que pueden producir en los organismos expuestos a ellos. 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 14 - 
 
El sistema eléctrico funciona a una frecuencia extremadamente baja (entre 50 Hz y 60 
Hz) y está dentro de la región de las radiaciones no ionizantes del espectro, por lo que 
transmiten muy poca energía. Además, a frecuencias tan bajas el campo 
electromagnético no puede desplazarse, lo que implica que desaparece a corta distancia 
de la fuente que lo genera. 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.6 Radiación electromagnética 
 
Radiación es un término ampliamente utilizado para referirse a la transmisión de energía 
a través de los materiales, o a través de la energía por sí misma. 
 
La fuerza del campo asociada con la radiación es la región a través de la cual la 
radiación se puede medir. 
 
Campos electromagnéticos de diferentes fuentes pueden adicionarse o cancelarse 
mutuamente. Esto es debido a las características de las ondas de la radiación 
electromagnética. 
 
Si la radiación de dos fuentes está en fase, entonces los picos de cada ciclo ocurren al 
mismo tiempo, y los campos se adicionan. Por otro lado, si dos fuentes están 
exactamente fuera de fase, entonces, una de ellas alcanza su máxima intensidad en una 
dirección, exactamente al mismo tiempo en que la otra fuente lo está alcanzando en la 
dirección opuesta. 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 15 - 
 
1.2.7 Medición de campos electromagnéticos 
 
Un Gauss es una unidad común de medida de la intensidad de los campos 
electromagnéticos de la corriente alterna (AC). Un medidor Gauss es un instrumento 
que mide esa intensidad, basado en la ley de Faraday de inducción de voltaje en una 
bobina conductora. Dentro de un medidor Gauss, existe una bobina de fino alambre 
enrollado en espiral con cientos de vueltas. El voltaje inducido se calcula utilizando la 
siguiente ecuación: 
 
V= 2(fnAB) 
 
 
Donde: f es la frecuencia 
n es el número de vueltas en la bovina 
A es el área de la bobina 
B es la magnitud de la densidad del flujo magnético perpendicular al plano de la 
. bobina. 
 
Mientras el campo magnético alcanza la bobina, induce corriente, la cual es amplificada 
por medio de una serie de circuitos. 
 
En ocasiones se pueden encontrar diferentes medidas de campos electromagnéticos, 
tales como: 
 
 Tesla 
 micro-Tesla (m T) 
 nano-Tesla (nT) 
 miliamperios por metro 
 
 
Las unidades anteriores, se relacionan como sigue: 
 
1 Tesla = 10,000 Gauss (Un Tesla es 10,000 veces más grande que un Gauss) 
 
 
1 Gauss = 1,000 milliGauss (mG) (Un Gauss es 1,000 veces más grande que un 
milliGauss) 
 
 
1 miliGauss (mG) = 0.0000001 Tesla 
 
 = 0.001 miliTesla (mT) 
 
 = 0.1 microTesla (T) 
 
 = 100 nanoTesla (nT) 
 
 
1 miliGauss = 80 miliamperios por metro 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 16 - 
 
Dependiendo de su diseño e intenciones de uso, los instrumentos pueden clasificarse 
para investigación o monitores personales. Los monitores para investigación requieren 
de un operador y son convenientes para mediciones estacionarias. Los monitores 
personales no requieren de un operador y se utilizan en el cuerpo midiendo 
constantemente los campos a los que el sujeto esté expuesto. 
 
Varias compañías fabrican los monitores que usan los principios descritos 
anteriormente. Difieren en: 
 
 Facilidad de uso 
 Exactitud 
 Posibilidad de grabar las mediciones 
 Forma de presentar la información 
 
Algunos, útiles principalmente para investigaciones indican los niveles de campos 
electromagnéticos instantáneamente ya sea en un lector digital o en un dial, sin 
posibilidad de grabar y determinar promedios. Algunos, promedian los niveles de 
exposición en tiempo. 
 
Para usar un medidor Gauss, es necesario tomar tres lecturas, una en cada eje. Para 
evitar confusión, es mejor tomar siempre las medidas en el mismo orden. 
 
Una vez que se han completado las mediciones, se puede calcular una sola lectura 
combinada, elevando al cuadrado las lecturas de cada eje, sumarlas y obtenerla raíz 
cuadrada de la suma. Por ejemplo, suponiendo que se obtienen las siguientes lecturas 
2.5, 1.7 y 0.6 mG. Para encontrar la intensidad combinada del campo, ejecutar las 
siguientes operaciones: 
 
(eje-X)*(eje-X)= 2.5*2.5 
 
= 6.25 (eje-Y)*(eje-Y) 
 
= 1.7*1.7 
 
= 2.89 (eje-Z)*(eje-Z) 
 
= 0.6*0.6 = 0.36 
 
Total = 9.50 
 
Raíz cuadrada del total = 3.08 
 
 
En la práctica, no es necesario ser tan preciso como para usar la fórmula, 
particularmente si la lectura más grande en un eje es mucho más fuerte que en el resto 
de los ejes. 
 
Por ejemplo, lecturas de 2.5 mG, 0.4 mG y 0.3 mG resultan en una intensidad 
combinada de campo de 2.55 mG. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 17 - 
 
Así, simplemente utilizando la lectura del eje dominante, el resultado es muy parecido 
al cálculo resultante empleando la fórmula. Por otro lado, si las medidas de cada eje son 
muy similares entre ellas, la lectura combinada podría ser tanto como un 73% más que 
cualquiera de los ejes. 
 
 
1.3 Comunicaciones 
 
Como se ha manejado, la comunicación es un proceso de transmisión de información 
entre diversas entidades, por medio de símbolos, ideas y mensajes con un significado 
explícito para todas las partes involucradas. 
 
En su forma más simple, se compone de una fuente y un destino de la información que 
es, por lo general, de manera biunívoca o bidireccional. 
 
 
 
 
 
 
Por otro lado, los sistemas de comunicación tecnológica de la actualidad, se pueden 
dividir en dos grandes grupos: 
 
 Comunicación cableada o alámbrica 
 Comunicación móvil o inalámbrica 
 
 
1.3.1 Comunicación cableada 
 
La comunicación cableada o alámbrica es aquella que utiliza, para su funcionamiento, 
de cables físicos que conecten los elementos de comunicación. 
 
En este sentido tenemos, principalmente: 
 
 Las redes de computadoras conectadas por medio de alambres físicos y que no 
pueden moverse de su lugar, puesto que perderían el contacto y la comunicación. 
 
 Los teléfonos fijos, que requieren de un cable físico de alimentación y de postes 
o torres que permitan el flujo de los datos desde el emisor hasta el receptor, y de 
regreso. 
 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 18 - 
 
1.3.2 Comunicación inalámbrica 
 
Las señales inalámbricas son ondas electromagnéticas que viajan a través de un medio 
concreto, que por lo general, es el aire; sin embargo, también se utiliza el vacío; por otro 
lado, cuando las señales se tropiezan con un obstáculo, parte de ella lo atraviesa, queda 
retenida, o se refracta. 
 
Estas señales pueden cubrir grandes y pequeñas distancias; ello dependerá de factores 
como: 
 
 La frecuencia 
 La potencia 
 Los medios que atraviesa la señal 
 Algunos otros factores 
 
La unidad de medida para distinguir unas señales de otras en las comunicaciones 
Wireless, es el Hertz y cada dispositivo o conjunto de ellos, emiten diferentes 
frecuencias, en distintos Hertz, con la finalidad de que las señales no se estorben. 
 
Las comunicaciones inalámbricas transportan: 
 
 Datos 
 Video 
 Voz 
 Imagen 
 Espectro de radio 
 
 
Entre los tipos de comunicación inalámbrica se encuentran: 
 
 Infrarrojos (IR) 
 Banda estrecha 
 Espectro diverso 
 PCS (servicio de comunicaciones en banda ancha) 
 CDPD (datos celulares y datos digitales) 
 
 
En general, se pueden enumerar en: 
 
 Redes de computadoras a distancia 
 Telefonía móvil y/o celular 
 
 
1.4 Uso del electromagnetismo en las comunicaciones inalámbricas 
 
La base matemática sobre la que se desarrollan las comunicaciones inalámbricas fue 
desarrollada por el físico inglés James Clerk Maxwell. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 19 - 
 
Maxwell, en su tiempo (1873), declaró que su principal tarea consistía en justificar 
matemáticamente conceptos físicos descritos, hasta ese momento, en forma únicamente 
cualitativa, como las de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, 
enunciadas por Michael Faraday. 
 
Con este objetivo en mente, introdujo el concepto de onda electromagnética, que 
permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y 
magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos 
de fuerza. 
 
Maxwell predijo que era posible propagar las ondas por el espacio libre utilizando, para 
ello, descargas eléctricas. Este hecho fue corroborado por Heinrich Hertz en 1887 (ocho 
años después de la muerte de Maxwell); posteriormente, este hecho supuso el inicio de 
la era de la comunicación rápida a distancia. 
 
Hertz desarrolló el primer transmisor de radio generando radiofrecuencias entre 31 MHz 
y 1.25 GHz. 
 
 
1.4.1 Comunicación por radio 
 
 
 
 
 
 
 
Cuando los electrones oscilan en un circuito, parte de su energía se convierte en 
radiación electromagnética. La frecuencia debe ser muy alta para producir ondas de 
intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan por el espacio a la velocidad de 
la luz. 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 20 - 
 
Cuando una de estas ondas encuentra una antena metálica, parte de su energía pasa a los 
electrones libres de metal y los pone en movimiento, formando una corriente alterna 
cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la 
comunicación por radio. 
 
Por supuesto, existen diferentes modos de propagación que pueden surgir como el 
resultado del lanzamiento de ondas electromagnéticas al espacio por medio de antenas 
de configuración adecuada. 
 
Debido a la presencia de gases de diferente composición en la atmósfera terrestre, la 
propagación de ondas se ve influenciada por una serie diversa de mecanismo. 
 
El modo de propagación más sencillo es aquel en el que la onda sigue una trayectoria 
recta entre la antena de transmisión y la antena de recepción. A este tipo de onda se le 
conoce como directa o línea de visión (LOS por sus siglas en inglés). 
 
Las microondas son el ejemplo clásico de este mecanismo de propagación. En 
condiciones óptimas, las microondas pueden considerarse como un haz concentrado de 
energía electromagnética que realiza la travesía desde una antena de emisión hasta una 
antena de recepción, desplazándose en línea recta. 
 
 
1.4.2 Comunicación por ordenador 
 
 
 
 
 
 
 
El simple hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en medios donde 
tenemos que estar comunicados. Por eso la gran importancia de la transmisión y la 
recepción de información, y en la época actual donde los computadores hacen parte de 
la cotidianidad, es necesario establecer medios de comunicación eficaces entre ellos. 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 21 - 
 
Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la de poder 
comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica. La conexión de 
computadoras mediante Ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente está siendo 
ampliamente investigada. 
 
No obstante, esta tecnología está todavía en pañales y se deben de resolver varios 
obstáculos técnicos y de regulación antes de que las redes inalámbricas sean utilizadas 
de una manera general en los sistemas de cómputo de la actualidad. 
 
Una muy buena opción que existe en redes de larga distancia son las denominadas: Red 
pública de conmutación de paquetes por radio. Estas redes no tienen problemas de 
pérdida de señal debido a que su arquitectura está diseñada para soportar paquetes de 
datos en lugar de comunicaciones de voz. 
 
Las redes privadas de conmutación de paquetes utilizan la misma tecnología que las 
públicas, pero bajo bandas de radiofrecuencia restringidas por la propia organización de 
sus sistemasde cómputo. 
 
 
1.4.3 Comunicación por telefonía celular 
 
 
 
 
 
 
 
 
La telefonía inalámbrica resultó un gran acierto en cuanto a comunicaciones 
inalámbricas se refiere. Ésta, permitía una comunicación más cómoda, al deshacerse del 
cable que une la bocina con el aparato telefónico. 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 22 - 
 
Un teléfono inalámbrico consta de dos partes: una estación base y un teléfono. 
 
La estación base se conecta al sistema telefónico fijo. El teléfono se comunica con la 
estación base a través de radio a baja potencia. 
 
La telefonía celular fue la siguiente evolución. Es la tecnología más utilizada 
actualmente, y la que ofrece mayores ventajas en las comunicaciones, tanto personales 
como comerciales. 
 
La telefonía celular es un servicio público de telecomunicaciones personales, que 
permite la comunicación telefónica entre abonados, con la posibilidad de movilidad 
dentro de un área de cobertura definida. 
 
La telefonía celular es el resultado de la integración de dos servicios públicos: 
 
 La telefonía convencional 
 Las radiocomunicaciones 
 
 
1.5 Dispositivos físicos 
 
Los dispositivos físicos son necesarios para lograr una buena comunicación. Algunos de 
los elementos físicos que nos proporcionan comunicación inalámbrica son: 
 
 Antenas 
 Torres 
 Satélites 
 Microondas 
 Etcétera 
 
 
1.5.1 Antenas 
 
Una antena es un conjunto de conductores debidamente asociados que se emplean tanto 
para la recepción como para la transmisión de ondas electromagnéticas, éstas 
comprenden: los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y las ondas de radio. 
 
 
1.5.1.1 Características de las antenas 
 
Las características principales de las antenas son: 
 
 Resistencia de radiación (Rr) 
 Eficiencia (rendimiento) 
 Impedancia de entrada 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 23 - 
 
 Ganancia 
 Longitud eficaz 
 Polarización 
 Ancho de haz 
 Ancho de banda 
 
 
1.5.1.2 Naturaleza de las ondas 
 
Las ondas de transmisión pueden ser generadas, prácticamente en cualquier punto. 
 
Dependiendo del patrón de radiación de la antena involucrada, es posible que parte de la 
energía de la onda se dirija hacia la Tierra, a partir de lo cual, por reflexión, cambia de 
curso para dirigirse, finalmente, a la antena de recepción. Esta onda es conocida como la 
onda reflejada de tierra. 
 
Adicionalmente, puede generarse una componente de onda cuyo modo de propagación 
es directamente sobre la Tierra, desde el mismo momento de abandonar la antena de 
transmisión. Esta onda, denominada de superficie terrestre, continúa su curso sobre la 
Tierra hasta llegar a su destino final en el sitio de la antena receptora. 
 
Finalmente, la onda electromagnética puede ser lanzada hacia el espacio, convirtiéndose 
así, en una onda celeste u onda de cielo. Dependiendo de la frecuencia de la onda y del 
ángulo de lanzamiento, ésta puede atravesar la atmósfera y salir al espacio libre o, en 
caso contrario, puede ser refractada hacia la Tierra para ser posteriormente captada por 
la antena receptora. 
 
 
 
 
 
 
 
1.5.1.3 Tipos de antenas 
 
Existen muy diversos tipos de antenas, dependiendo del uso y del alcance que se les 
quiera dar; algunas de ellas se muestran a continuación: 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 24 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.5.2 Puertos 
 
Los puertos de un ordenador pueden clasificarse fácilmente de acuerdo al tipo de 
acceso físico que permiten. Se pueden agrupar en puertos externos o puertos internos. 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 25 - 
 
Entre los puertos externos están: 
 
 Puerto paralelo 
 Puerto serial 
 Puerto para juegos 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 26 - 
 
 
 
- Capítulo II: Teoría y razonamientos del 
electromagnetismo - 
 
 
2.1 Introducción 
 
Como se ha definido ya anteriormente, el electromagnetismo es una rama de la Física, 
que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría; sus 
fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez en 
versión completa, por James Clerk Maxwell. 
 
La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan 
conceptos importantes, tales como: 
 
 Campo eléctrico 
 Campo magnético 
 Fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica, polarización 
magnética) 
 
 
Por otro lado, el electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones 
y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la 
posición del espacio y del tiempo. 
 
El electromagnetismo, entonces, describe los fenómenos físicos macroscópicos en los 
cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, utilizando para ello 
campos eléctricos, campos magnéticos, así como sus efectos sobre las sustancias 
sólidas, líquidas y gaseosas. 
 
Por ser una teoría macroscópica; es decir, aplicable sólo a un número muy grande de 
partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el 
electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares; para ello, se 
hace necesario el uso de la Mecánica cuántica. 
 
Finalmente, se maneja al electromagnetismo como fuerza y, en este sentido, se le 
considera como una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente 
conocido. 
 
2.2 Los campos electromagnéticos 
 
Los campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje. Entre mayor sea el 
voltaje, más fuerte será el campo eléctrico resultante. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 27 - 
 
Los campos magnéticos tienen su origen en las corrientes eléctricas. Una corriente más 
alta genera un campo magnético más fuerte. Un campo eléctrico existe aún en ausencia 
de corriente. Cuando existe una corriente, la magnitud del campo magnético cambia con 
el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico permanecerá igual. 
 
 
 
 
 
 
 
2.2.1 Fuentes naturales de campos electromagnéticos 
 
En el medio en que habitamos, existen campos electromagnéticos por todas partes, pero 
son invisibles para el ojo humano. 
 
Se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas 
zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas. 
 
El campo magnético terrestre provoca la orientación de las agujas de los compases en 
dirección Norte-Sur; las aves y los peces, lo utilizan para orientarse. 
 
 
2.2.2 Fuentes de campos electromagnéticos generadas por el hombre 
 
Además de las fuentes naturales, en el espectro electromagnético hay también fuentes 
generadas por el hombre: 
 
 Para diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan 
los rayos X. 
 
 La electricidad que surge de cualquier toma de corriente lleva asociados campos 
electromagnéticos de frecuencia baja. 
 
 Diversos tipos de ondas de radio de frecuencia más alta se utilizan para 
transmitir información, ya sea por medio de antenas de televisión, estaciones de 
radio o estaciones base de telefonía móvil. 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 28 - 
 
2.2.3 Frecuencia y longitud de onda 
 
La frecuencia describe el número de oscilaciones o ciclos por segundo, mientras que la 
expresión «longitud de onda» se refiere a la distancia entre una onda y la siguiente. Por 
consiguiente, la longitud de onda y la frecuencia están inseparablemente ligadas: cuanto 
mayor es la frecuencia, más corta es la longitud de onda. 
 
Las ondas electromagnéticas son transportadaspor partículas llamadas cuantos de luz. 
Los cuantos de luz de ondas con frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) 
transportan más energía que los de las ondas de menor frecuencia (longitudes de onda 
más largas). 
 
Algunas ondas electromagnéticas transportan tanta energía por cuanto de luz que son 
capaces de romper los enlaces entre las moléculas. De las radiaciones que componen el 
espectro electromagnético, los rayos gamma que emiten los materiales radioactivos, los 
rayos cósmicos y los rayos X tienen esta capacidad y se conocen como radiación 
ionizante. 
 
Las radiaciones compuestas por cuantos de luz sin energía suficiente para romper los 
enlaces moleculares se conocen como «radiación no ionizante». Las fuentes de campos 
electromagnéticos generadas por el hombre que constituyen una parte fundamental de 
las sociedades industriales (la electricidad, las microondas y los campos de 
radiofrecuencia) están en el extremo del espectro electromagnético correspondiente a 
longitudes de onda relativamente largas y frecuencias bajas y sus cuantos no son 
capaces de romper enlaces químicos. 
 
 
2.2.4 Campos eléctricos y campos magnéticos 
 
Una comparación viable entre los campos eléctricos y los magnéticos, se puede 
observar en la tabla siguiente: 
 
Campos eléctricos Campos magnéticos 
 
 La fuente de los campos magnéticos es la 
tensión eléctrica 
 
 Su intensidad se mide en volts por metro 
(V/m) 
 
 Puede existir un campo eléctrico incluso 
cuando el aparato eléctrico no está en 
marcha. 
 
 La intensidad del campo disminuye 
conforme aumenta la distancia desde la 
fuente. 
 
 La mayoría de los materiales de 
construcción protegen en cierta medida 
de los campos eléctricos. 
 
 La fuente de los campos magnéticos es la 
corriente eléctrica 
 
 Su intensidad se mide en amperios por 
metro (A/m). Habitualmente, se usa la 
magnitud de densidad de flujo en 
microteslas o militeslas (T o mT). 
 
 Los campos magnéticos se originan cuando 
se pone en marcha un aparato eléctrico y 
fluye la corriente. 
 
 La intensidad del campo disminuye 
conforme aumenta la distancia desde la 
fuente. 
 
 La mayoría de los materiales no atenúan los 
campos magnéticos. 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 29 - 
 
2.3 Historia y evolución del electromagnetismo 
 
Desde la antigüedad, en Grecia, ya se conocían los fenómenos eléctricos y los 
magnéticos. Sin embargo, es hasta los inicios del siglo XVII cuando se comienza a 
realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas acerca de estos fenómenos. 
 
Durante los siglos XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia estuvieron investigando 
estos dos fenómenos de manera separada, y llegaron a conclusiones coherentes con sus 
experimentos. 
 
Entre estos personajes destacan: 
 
 William Gilbert 
 Otto von Guericke 
 Stephen Gray 
 Benjamín Franklin 
 Alessandro Volta 
 
 
Los más conocidos en la actualidad por la implantación de sus leyes eléctricas y 
magnéticas, son: 
 
 Michael Faraday 
 James Clerk Maxwell 
 
 
2.3.1 Unificación de las leyes eléctricas y magnéticas 
 
A principios del siglo XIX, Hans Christian Oersted encontró evidencia empírica de que 
los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. 
 
De ahí que los trabajos de físicos de ese siglo, son unificados en 1861 con un conjunto 
de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo: como un fenómeno 
electromagnético. 
 
Los personajes sobresalientes de este momento histórico son: 
 
 André Marie Ampere 
 William Sturgeon 
 Joseph Henry 
 George Simon Ohm 
 Michael Faraday 
 James Clerk Maxwell 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 30 - 
 
2.3.2 Aparición de las Leyes de Maxwell 
 
Las ahora llamadas Leyes de Maxwell, demostraban que los campos eléctricos y los 
campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. 
 
Además, describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda 
electromagnética. 
 
Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos, antes separados, los 
físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la 
bombilla eléctrica (Thomas Alva Edison) o el generador de corriente alterna (Nikola 
Tesla). 
 
El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación 
coherente de sus implicaciones, llevó a Albert Einstein a formular la Teoría de la 
Relatividad, la cual se apoyaba en algunos resultados previos de personajes como 
Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré. 
 
 
2.3.3 Leyes cuánticas 
 
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el 
electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera 
coherente con la nueva teoría. 
 
Esto se logró en la década de 1940, cuando se completó una teoría cuántica 
electromagnética, mejor conocida como electrodinámica cuántica. 
 
 
2.4 Electrostática 
 
Cuando se habla de electrostática, se refiere a los fenómenos que ocurren debido a una 
propiedad intrínseca y discreta de la materia: la carga (cuando es estacionaria o no 
depende del tiempo). 
 
La unidad de carga elemental es la carga que tiene el electrón; es decir: 
 
- 1.6 * 10-19 C 
 
 
Se dice que un cuerpo está cargado eléctricamente cuando tiene exceso o falta de 
electrones en los átomos que lo componen. Por definición, la carencia de electrones se 
denomina como carga positiva; mientras que al exceso de ellos se le llama carga 
negativa. 
 
En los inicios, la carga eléctrica era observable a través de un aparato denominado 
electroscopio. 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 31 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
La carga elemental es una unidad muy pequeña para cálculos prácticos; es por esa razón 
que en el sistema internacional (SI) a la unidad de carga eléctrica se le define como la 
cantidad de carga de 6.25 x 1018 electrones. 
 
El nombre de la unidad de carga se debe a Coulomb, quien en 1785 llegó a una relación 
matemática de la fuerza eléctrica entre cargas puntuales, que ahora se le conoce como 
Ley de Coulomb. 
 
 
 
 
Entre dos cargas puntuales q1 y q2, existe una fuerza de atracción o repulsión F que 
varía de acuerdo al cuadrado de la distancia entre ellas. Su dirección radial es er. 0 es 
una constante, conocida como permitividad eléctrica. 
 
Al no encontrarse solas, las cargas elementales deben ser tratadas como una distribución 
de ellas. Es la razón por la que debe implementarse el concepto de campo como una 
región en el espacio en sonde existe una magnitud escalar o vectorial dependiente o 
independiente del tiempo. 
 
Así, el campo eléctrico E está definido como la región del espacio donde actúan las 
fuerzas eléctricas. 
 
Su intensidad se define como el límite al que tiende a cero. De esta forma: 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 32 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Finalmente, se llega a la expresión matemática que define el campo eléctrico: 
 
 
 
 
Resulta importante el conocer el alcance del concepto de campo eléctrico; éste nos 
brinda la oportunidad de conocer cual es su intensidad y qué es lo que ocurre con una 
carga en cualquier parte de dicho campo sin importar el desconocimiento de las causas 
que lo provocan. 
 
Una forma de obtener la cantidad de fuerza que pasa por un punto en particular o 
superficie del campo eléctrico, es el flujo eléctrico. El flujo eléctrico  se define como la 
suma de la cantidad de campo que atraviesa un área determinada; de esta forma: 
 
 
 
 
El físico y matemático Carl Friedrich Gauss, demostró que la cantidad de flujo eléctrico 
en un campo es igual al cociente de la carga encerrada en la que se calcula el flujo 
eléctrico qenc, y la permitividad eléctrica 0. Esta relaciónse conoce como Ley de Gauss, 
y se representa por la siguiente ecuación: 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 33 - 
 
 
 
 
2.5 Magnetostática 
 
 
 
 
 
 
 
En el año de 1820, Hans Christian Oersted descubrió que el fenómeno magnético esteba 
ligado al eléctrico, fue entonces cuando se obtuvo una teoría científica para el 
magnetismo. La presencia de una corriente eléctrica, genera una fuerza magnética que 
no varía con el tiempo. Si se tiene una carga a una velocidad , ésta generará un campo 
magnético B que es perpendicular a la fuerza magnética inducida por el movimiento 
constante de esta corriente; así: 
 
 
 
 
Para determinar el valor de ese campo magnético, Jean Baptiste Biot, en 1820, dedujo 
una relación para corrientes estacionarias, actualmente conocida como Ley de Biot-
Savart, la cual es representada por la siguiente ecuación: 
 
 
 
 
En la ecuación anterior: 0 es un coeficiente de proporcionalidad conocido como 
permeabilidad magnética. I es la intensidad de corriente; dl es el diferencial de longitud 
de la corriente y r es la dirección de la corriente. 
 
De forma más estricta, B es la inducción magnética o el flujo magnético por unidad de 
área. Experimentalmente, se llegó a la conclusión de que las líneas de fuerza de campos 
magnéticos eran cerradas, eliminando la posibilidad de una monopolo magnético. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 34 - 
 
Esta relación matemática se le conoce como Ley de Gauss para el campo magnético y 
se representa por la ecuación siguiente: 
 
 
 
 
También, en la magnetostática existe una ley comparable a la de Gauss en la 
electrostática, llamada Ley de Ampere. Esta ley dice que la circulación en un campo 
magnético es igual a la densidad de corriente que exista en una superficie cerrada. Su 
ecuación es: 
 
 
 
 
Es de hacer mención, que esta Ley de Gauss es una generalización de la Ley de Biot- 
Savart. 
 
 
2.6 Electrodinámica 
 
La electrodinámica es la ciencia que estudia los fenómenos eléctricos en constante 
movimiento. 
 
 
2.6.1 Electrodinámica clásica 
 
A finales del siglo XIX, los físicos descubrieron que los campos eléctricos y los campos 
magnéticos estaban ligados. Así, un campo eléctrico en movimiento, una corriente 
eléctrica que varíe, genera un campo magnético y un campo magnético de por sí implica 
la presencia de una campo eléctrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 35 - 
 
Entonces, es necesario definir la fuerza magnética que tendría una partícula cargada 
que se mueva en un campo magnético; de esta forma, se llega a la unión de las dos 
fuerzas anteriores, lo que hoy se conoce como la Fuerza de Lorentz, y su ecuación 
característica es la siguiente: 
 
 
 
 
Entre 1890 y 1900, Lienard y Wiechert calcularon el campo electromagnético asociado 
a cargas en movimiento arbitrario, resultado que se conoce hoy como Potenciales de 
Lienard-Wiechert. 
 
 
Por otro lado, para generar una corriente eléctrica en un circuito cerrado, debe existir 
una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito. A esta diferencia de potencial 
se le conoce como Fuerza electromotriz o FEM. Esta fuerza electromotriz es 
proporcional a la rapidez con la cual el flujo magnético varía en el tiempo; esta ley fue 
enconrada por Michael Faraday y es la interpretación de la inducción electromagnética. 
 
Así, un campo magnético que varía en el tiempo, induce a un campo eléctrico y a una 
fuerza electromotriz. Matemáticamente, se representa como sigue: 
 
 
 
 
En 1861, James Clerk Maxwell introdujo el concepto de una corriente de 
desplazamiento como una densidad de corriente efectiva y llegó a la última de las 
ecuaciones, la Ley de Ampere generalizada, ahora conocidas como Ecuaciones de 
Maxwell. 
 
 
 
 
El verdadero poder de estas ecuaciones es que juntas pueden describir cualquier 
fenómeno electromagnético. 
 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 36 - 
 
2.6.2 Electrodinámica cuántica 
 
Posteriormente a la revolución cuántica de inicios del siglo XX, los físicos se vieron 
forzados a buscar una teoría cuántica de la interacción electromagnética. El trabajo de 
Einstein con el efecto fotoeléctrico y la posterior formulación de la mecánica cuántica, 
sugerían que la interacción electromagnética se producía mediante el intercambio de 
partículas elementales llamadas fotones. 
 
La nueva formulación cuántica lograda en la década de los años cuarenta´s del siglo XX 
describía la interacción de este fotón portador de fuerza y las otras partículas portadoras 
de materia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
La electrodinámica cuántica es, principalmente, una teoría cuántica de campos 
renormalizada. En ella, la interacción entre partículas viene descrita por un lagrangiano 
que posee simetría local, concretamente simetría de gauge. Para la electrodinámica 
cuántica, el campo de gauge, donde las partículas interactúan es el campo 
electromagnético; y esas partículas, son los fotones. 
 
Matemáticamente, el lagrangiano para la interacción entre fermiones mediante 
intercambio de fotones viene dado por: 
 
 
 
 
De la ecuación anterior, el significado de los términos es: 
 
 son las matrices de Dirac 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 37 - 
 
 y son los campos o espinores de Dirac, que representan las partículas 
cargadas eléctricamente; 
 
 es la derivada covariante asociada a la simetría gauge; 
 
 es el operador asociado al potencial vector covariante del campo 
electromagnético 
 
 es el operador de campo asociado tensor de campo 
electromagnético. 
 
 
2.7 Leyes electromagnéticas 
 
El tema del electromagnetismo es notable, principalmente, por el hecho de que una vez 
llevados a cabo, los descubrimientos científicos tuvieron inmediata aplicación práctica 
y viceversa. Las aplicaciones prácticas fomentaron la investigación científica para 
resolver diferentes problemas, lo cual, a su vez, abrió nuevos horizontes científicos. 
 
Pasó de la electricidad y el magnetismo a las ondas electromagnéticas, el 
descubrimiento de la luz, etcétera; hasta dar por consecuencia uno de los desarrollos 
más relevantes en la actualidad: las comunicaciones inalámbricas. 
 
A partir de la década de los cincuenta´s, se ha vivido una revolución continua. Los 
avances científicos en la comprensión de la estructura de la materia, han dado lugar a 
una larga lista de aplicaciones del electromagnetismo. 
 
Las principales teorías y/o leyes a hacer notar en este sentido son: 
 
 La teoría del campo de Maxwell 
 Las ondas electromagnéticas 
 La teoría de los electrones de Lorentz 
 La teoría de la relatividad 
 
 
2.7.1 La teoría del campo de Maxwell 
 
Como resultado de sus investigaciones, Michael Faraday contribuyó a nuestro 
conocimiento del mundo con aportaciones de la misma importancia que las que hicieron 
los más aventajados científicos del pasado, como Galileo y Newton. 
 
Sus numerosos descubrimientos merecieron la admiración de sus contemporáneos, 
quienes no se percataron plenamente del impacto e importancia de su teoría de campos 
y demás hallazgos. 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 38 - 
 
En realidad, hubo solamente un hombre, James Clerk Maxwell que supiera apreciar 
plenamente la importancia y las posibilidades de las ideas de Faraday. Lo que Maxwell 
se encontró delante fue una serie de hallazgos experimentales y unas cuantas ideas (en 
estado embrionario, pero fascinantes) sobre una teoría general del electromagnetismo y 
del mundo. 
 
James Clerk Maxwell se encargó de clarificar la Teoría de Faraday y de descubrir las 
leyes del campo. Aunque es ciertoque su imponente teoría matemática se basaba en las 
ideas de Faraday, alteró alguno de los rasgos fundamentales de su concepción. La 
desviación fundamental de Maxwell respecto a Faraday era su concepto de materia y 
campo como entes totalmente diferentes. 
 
 
2.7.1.1 El modelo mecánico de éter 
 
En su primer trabajo (1855), Maxwell había desarrollado matemáticamente muchas de 
las ideas de Faraday. Creía que el campo electromagnético realmente estaba constituido 
por un éter subordinado a las leyes de la mecánica newtoniana. 
 
El problema de Maxwell se centraba en dar con un modelo del éter del campo 
electromagnético que incorporara la masa y elasticidad necesarias para la velocidad 
finita de la inducción y que fuera coherente con los fenómenos eléctricos y magnéticos 
ya conocidos. Las ideas de Faraday, jugaron un papel muy importante en la 
construcción de dicho modelo, así como los denominados remolinos de Thomson. 
 
El modelo consistía en suponer que la masa de los remolinos depende de la 
permeabilidad magnética del medio y que la electricidad está constituida por bolitas que 
separan unos remolinos magnéticos de otros. El desplazamiento de las partículas 
eléctricas da lugar a una corriente eléctrica. 
 
Mientras pasa corriente, las partículas se mueven de un remolino a otro. Al desplazarse 
pueden dar saltos y provocar una pérdida de energía que aparece en forma de calor; pero 
mientras están girando, no hay rozamiento entre la partícula y el remolino, y no se 
producen pérdidas de energía. En principio, parece posible mantener indefinidamente un 
campo magnético. Por último, supuso que los remolinos magnéticos están dotados de 
elasticidad. 
 
El modelo mecánico del campo electromagnético de Maxwell es uno de los más 
imaginativos pero menos verosímiles que nunca se hayan inventado. Es el único modelo 
del éter que logró unificar la electricidad estática, la corriente eléctrica, los efectos 
inductivos y el magnetismo, y a partir de él, Maxwell dedujo sus ecuaciones del campo 
electromagnético y su teoría electromagnética de la luz. La deducción de las ecuaciones 
es enrevesada y asombrosa. 
 
Cada una de las magnitudes mecánicas y eléctricas está específicamente representada 
por un aspecto del modelo mecánico: 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 39 - 
 
En un medio conductor, la intensidad de corriente en un punto (j) viene representada 
por el número de bolas que pasan por ese punto en un segundo. Estas partículas 
eléctricas rozan contra los remolinos adyacentes y les transmiten un movimiento de 
rotación. 
 
La intensidad de la fuerza magnética (H) está representada por la velocidad del 
remolino en su superficie. Su dirección viene dada por la del eje del remolino. 
 
La energía del campo magnético viene dada por la energía cinética de los remolinos en 
movimiento, que es proporcional a  H2. 
 
El estado electrotónico o potencial vectorial (A) está relacionado con el momento de los 
remolinos. 
 
Maxwell supuso que el desplazamiento total (D) es directamente proporcional a la 
fuerza que actúa sobre la bola; la constante de proporcionalidad es análoga a la 
constante dieléctrica o capacidad inductiva específica  del medio 
 
D=E 
 
 
La energía del campo eléctrico se corresponderá con la energía elástica de las partículas 
deformadas. 
 
La carga está producida por una presión mutua ejercida por las partículas eléctricas. La 
presión es análoga al potencial eléctrico o tensión . 
 
Maxwell dedujo sus ecuaciones en etapas: 
 
 La de los remolinos para explicar los efectos puramente magnéticos. 
 
 La de las bolas eléctricas para deducir las relaciones entre corriente y 
magnetismo, incluidas la inducción. 
 
 La de la elasticidad de las bolas para explicar los fenómenos de la carga estática. 
 
 
Cada una de estas etapas fue un paso hacia la coronación de su obra: La teoría 
electromagnética de la luz. 
 
Maxwell había conseguido expresar la velocidad de las ondas transversales del 
mecanismo en términos de la capacidad inductiva específica y la permeabilidad 
magnética del medio. 
 
 La rigidez estaba relacionada con la capacidad inductiva específica, y la densidad del 
medio con la permeabilidad magnética; se sabía que el cuadrado de la velocidad de las 
ondas transversales era la razón entre ambas. 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 40 - 
 
Midiendo la capacidad inductiva específica y la permeabilidad magnética de un medio, 
podía predecirse la velocidad de las ondas de inducción. 
 
Sabía también, que su modelo era poco satisfactorio desde cualquier punto de vista 
físico o metafísico. Por lo que se decidió a considerar el problema de liberar las 
ecuaciones y la teoría electromagnética de la luz de su modelo mecánico. 
 
 
2.7.1.2 La interpretación operativa 
 
La interpretación "operativa" se basa en dos postulados: 
 
 Las magnitudes electromagnéticas se consideraban fundamentales 
 El campo es una realidad independiente 
 
 
 La materia y el campo se consideran como entes distintos e interpenetrantes. 
 
Maxwell se limitó a usar las fórmulas de la mecánica analítica con el fin de establecer 
las ecuaciones del campo y deducir de ellas las consecuencias relativas a la teoría de la 
luz. 
 
A partir de que toda energía es de tipo mecánico, consideró como potencial la energía 
de los fenómenos electrostáticos y como cinética la de las modificaciones magnéticas y 
las corrientes. Logró así, describir las relaciones entre las magnitudes del campo 
electromagnético inspirándose en las ecuaciones de Lagrange relativos a los 
movimientos de un "sistema con ligaduras". 
 
Las ecuaciones formuladas por Maxwell en dicha obra son: 
 
 Ecuación de la corriente total: 
 
 
 
 
 Ecuación de la fuerza magnética: 
 
µH=rotA 
 
 
 Ecuación de la corriente eléctrica: 
 
rot H=4πT 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 41 - 
 
 Ecuación de la fuerza electromotriz: 
 
 
 
 
 Ecuación de la elasticidad eléctrica: 
 
E=kD 
 
 
 Ecuación de la resistencia eléctrica: 
 
E=-rj 
 
 
 Ecuación de la electricidad libre: 
 
ρ+divD=0 
 
 
 Ecuación de continuidad: 
 
 
 
 
Maxwell había demostrado que a partir de dichas ecuaciones, las ondas 
electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, y que dicha velocidad depende 
de la permeabilidad magnética y de la constante dieléctrica del medio. Demostró 
también, que la onda magnética debe ser transversal. 
 
De esta forma, había conseguido obtener los mismos resultados que daba el modelo 
mecánico, sólo que utilizando únicamente sus ecuaciones. 
 
A partir de dichas ecuaciones, dedujo nuevas propiedades de las ondas 
electromagnéticas: 
 
 Estableció la relación entre la conductividad y la transparencia. Cuanto más 
conductor es un material, más absorbe la luz y así, explicaba que los conductores 
sean opacos y los medios transparentes buenos aislantes. 
 
 Calculó la energía de los componentes eléctricos y magnéticos de las ondas 
electromagnéticas, y descubrió que la mitad de esta energía era eléctrica y la otra 
mitad magnética. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 42 - 
 
 En el caso de un rayo de luz polarizado en un plano, la onda eléctrica se propaga 
junto a la magnética dispuestas perpendicularmente entre sí. Señaló también que 
la resultante de la tensión electromagnética sobre un cuerpo irradiado con luz es 
una presión. 
 
 
La concepción del campo electromagnético de Maxwell se puede resumir en la siguiente 
cita: 
 
"La teoría que propongo puede, por consiguiente, llamarse teoría del campo electromagnético 
por que trata del espacio en las proximidades de los cuerpos eléctricos y magnéticos, y puede 
llamarse teoría dinámica por que supone que en dicho espacio hay unamateria en movimiento 
que produce los efectos electromagnéticos observados." 
 
 
Añadía que la materia debe ser concebida como una materia etérea semejante a la que 
asegura la propagación de la luz o del calor radiante. 
 
 
2.7.1.3 Teoría electromagnética 
 
La teoría electromagnética de Maxwell ha sido muy exitosa en la explicación de los 
fenómenos de la electricidad y el magnetismo, ella predijo la existencia de ondas 
electromagnéticas que se propagarían con una velocidad c= 3.0 x 108 m/s, con respecto 
al éter. 
 
Las ecuaciones de Maxwell en ausencia de fuentes son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De las ecuaciones anteriores se derivan las siguientes: 
 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 43 - 
 
 
 
 
 
 
Con las transformaciones de Galileo, podemos convertir esta ecuación de onda al 
sistema de referencia primado. Para esto, utilizamos la regla de la cadena: 
 
 
 
 
y ecuaciones semejantes para las derivadas: 
 
 
 
 
Después de evaluar las primeras derivadas, tenemos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para la segunda derivada teniendo en cuenta que hay términos que se anulan tenemos: 
 
 
 
 
Las segundas derivadas son entonces: 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 44 - 
 
 
 
 
Reemplazando las derivadas, tenemos: 
 
 
 
 
La cual se reduce a la ecuación de onda conocida cuando v=0. 
 
Según lo anterior, se podrían realizar experimentos desde un sistema inercial de 
referencia, y obtener la velocidad relativa con que éste se mueve con respecto a otro 
sistema inercial de referencia. 
 
 
2.7.2 Las ondas electromagnéticas 
 
Las ondas electromagnéticas son aquellas que no necesitan un medio material para 
propagarse. Incluye, entre otras: 
 
 
 La luz visible 
 Las ondas de radio 
 Las ondas de televisión 
 Las ondas de telefonía 
 
 
2.7.2.1 Propagación de las ondas electromagnéticas 
 
Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a una velocidad constante y muy 
alta (la velocidad de la luz) pero no por ello, infinita. 
 
Gracias a ello, se puede observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo 
que quizá el origen ya haya desaparecido. O bien, enterarnos de un suceso que ocurre a 
miles de kilómetros; prácticamente en el instante en que éste se produce. 
 
Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos 
y de campos magnéticos. Los campos electromagnéticos, al excitar los electrones de 
nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro construya 
el escenario del mundo en el que estamos. 
 
Las ondas electromagnéticas son, también, el soporte de las telecomunicaciones. 
 
 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 45 - 
 
2.7.2.2 Origen y formación 
 
El campo E originado por la carga acelerada depende de: 
 
 La distancia a la carga 
 La aceleración de la carga 
 El seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la carga y la 
dirección al punto en que medimos el campo (sen ) 
 
 
Un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable y éste, a su vez, 
uno eléctrico. De esta forma, las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío sin un 
soporte material. 
 
 
 
 
 
 
 
2.7.2.3 Características de las ondas electromagnéticas 
 
Las características de las ondas electromagnéticas se pueden listar como sigue: 
 
 Absorción y emisión: cuando las ondas de radiación pasan a través de un gas, 
los átomos o moléculas que lo componen pueden absorber parte de esa energía. 
Cada átomo o molécula absorbe una longitud de onda específica. Cuando la 
radiación es captada después de su paso por el gas, en su espectro le faltará la 
porción absorbida por él, creando en el espectro una línea obscura de absorción. 
 
 Reflexión: así como las ondas del espectro visible son reflejadas por superficies 
como el agua o los espejos, las ondas de radio también lo son. El principio de 
reflexión es el que ha permitido el diseño y construcción de antenas parabólicas 
que reflejan y concentran la luz en un solo punto para que pueda ser captado por 
un receptor. 
 
 Refracción: es la desviación de las ondas cuando ellas pasan a travpes de un 
medio transparente. Las diferentes sustancias tienen diferentes índices de 
refracción. 
 
 Fase: se dice que dos ondas están en fase cuando sus picos y valles coinciden. 
 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 46 - 
 
 Interferencia: cuando dos ondas de la misma frecuencia y dirección se 
encuentran, la onda resultante será la suma de ambas; a esto se le denoina 
Interferencia constructiva. Cuando dos ondas tienen la misma amplitud y están 
fuera de fase 180 (cuando el pico de una coincide con el valle de otra), las dos 
ondas se cancelan; a esto se le denomina Interferencia destructiva. 
 
 Difracción: cuando una onda electromagnética pasa por un obstáculo en el 
espacio, la onda es desviada alrededor del objeto. 
 
 Cintilación: cuando una onda electromagnética viaja a través del medio, se ve 
sometida a pasar por áreas que varían en presión, temperatura, densidad, 
etcétera; su consecuencia es que, desde el punto de observación, parecerá que las 
ondas varían en su intensidad. El efecto visual de esto es que las estrellas titilen 
o se vean espejismos en las tierras muy secas. Este mismo fenómeno ocurre con 
todas las ondas del espectro. 
 
 
2.7.2.4 Descubrimiento de las ondas electromagnéticas 
 
Los experimentos de Hertz constituyeron la primera y decisiva victoria de la teoría de 
campos y de la derrota de la idea newtoniana de la acción instantánea y a distancia. 
Estos experimentos tienen una dimensión social por haber hecho posible el desarrollo 
de la comunicación a nivel de masas por medio de la radio y de la televisión. 
 
Faraday había intentado encontrar un experimento que demostrara la velocidad finita de 
las perturbaciones y que constituyera, por tanto, una prueba crucial de su teoría de 
campos. El proyecto inicial de Hertz consistía en demostrar que la variación de la 
polarización de las sustancias dieléctricas produce un campo magnético. 
 
Según la Teoría de Maxwell, una variación de la polarización de un material dieléctrico, 
tiene, al igual que una corriente de conducción, efectos magnéticos. Para ello, tenía que 
crear un campo eléctrico alterno que pudiera polarizar y despolarizar rápidamente un 
bloque de material dieléctrico. 
 
Modificando y perfeccionando el diseño de los distintos dispositivos experimentales, 
llegó al descubrimiento de las ondas electromagnéticas. También descubrió, que si dos 
conductores están iluminados por luz ultravioleta, para que salte una chispa entre ellos 
basta con una diferencia de potencial mucho menor. Posteriormente, otros científicos 
descubrieron que solamente era efectiva la luz que incidía sobre el polo negativo. El 
denominado efecto fotoeléctrico recibió la explicación adecuada con la teoría cuántica 
de la luz de Einstein. 
 
Hertz pensó que sería posible producir interferencias con dos ondas electromagnéticas, 
y como los fenómenos de interferencia están íntimamente ligados a los fenómenos 
ondulatorios quedaría así demostrada la existencia de las ondas electromagnéticas. 
Produjo ondas estacionarias en el aire, colocando una lámina de metal en la pared 
opuesta al aparato. La onda reflejada interfería con la incidente dando lugar a una onda 
estacionaria. 
 
“La teoría del electromagnetismo como elemento 
fundamental en las comunicaciones inalámbricas” 
 - 47 - 
 
Consiguió, más tarde, producir ondas electromagnéticas de longitud de onda mucho más 
corta, reduciendo la capacidad del vibrador. Dirigiendo estas ondas mediante espejos 
parabólicos (que dan lugar a ondas planas) y reflejándolas en varios espejos, logró 
demostrar que cumplían la ley