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84 MICROONDAS ADVERTENCIAS: 1ª) LAS MICROONDAS PUEDEN AFECTAR AL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DE DISPOSITIVOS MÉDICOS ELECTRÓNICOS, TALES COMO MARCAPASOS. AVISE AL PROFESOR SI SE TIENE ALGUNO DE ESTOS DISPOSITIVOS. 2º ) NO SE DEBE MIRAR AL INTERIOR DE LA BOCINA DEL EMISOR CUANDO ESTÁ CONECTADA A LA RED. Las microondas son ondas electromagnéticas (C=3·108 m/s) de longitudes de onda del orden de centímetros (varía aproximadamente entre 1 mm y 30 cm). Debido a su corta longitud de onda son muy útiles en los sistemas de radar utilizados en la navegación aérea y para estudiar propiedades atómicas y moleculares de la materia. MATERIAL NECESARIO: Equipo de microondas. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Estudio de las propiedades de las ondas electromagnéticas. ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL HAZ DE MICROONDAS ANTES DE INICIAR LA PRÁCTICA SOLICITE LA AYUDA DEL PROFESOR PARA CONECTAR EL EMISOR A LA RED Y PARA CONTROLAR LA SENSIBILIDAD DEL RECEPTOR. LA AGUJA DEL RECEPTOR NUNCA DEBE REBASAR EL FONDO DE ESCALA. CUANDO NO SE ESTÁ MIDIENDO, EL CONTROL DE INTENSIDAD DEL RECEPTOR DEBE ESTAR EN LA POSICIÓN “OFF”. La presencia de objetos reflectores cercanos influye en los resultados 1.- Variación de la intensidad del haz con la distancia El emisor de microondas está dotado de una bocina para tratar de conseguir un haz de rayos paralelos de forma que la sección transversal de haz se mantenga constante. Sin embargo esto no está totalmente conseguido y el haz presenta una cierta dispersión. Esta dispersión y la absorción del aire da lugar a una disminución de la intensidad del haz con la distancia al emisor. Sitúe el emisor y el receptor según se indica en la Fig.1 y ajuste los controles del receptor hasta obtener una medida de 0,7. A continuación mueva lentamente el receptor alejándole del emisor. Observará que la intensidad disminuye pero no regularmente, como era de esperar, sino a saltos pasando por máximos y mínimos. La explicación de este fenómeno es la siguiente: Las bocinas del emisor y del receptor actúan como reflectores de manera que el haz se refleja hacia adelante y hacia atrás en las respectivas bocinas disminuyendo su intensidad en cada paso. Si la distancia d entre emisor y receptor es d = n · /2 (donde n es un número natural y la longitud de onda de la radiación) todas las ondas llegarán en fase al receptor y se producirá un máximo. Podemos utilizar este fenómeno para medir la longitud de onda de la radiación. Acerque el receptor al emisor hasta obtener un máximo. Ajuste los controles hasta que la aguja marque el 1 de la escala y tome nota de la posición del receptor en el brazo del goniómetro. Sea esta d1 . Observando el medidor, deslice el receptor alejándole del emisor. El receptor pasará por mínimos y máximos. Detenga el detector en una posición de máximo y anote esta posición, d2 y el número n de mínimos que ha encontrado ( n debe ser, al menos, 6). Teniendo en cuenta que la distancia entre dos máximos consecutivos es de /2 con los datos d1 , d2 , y n calcule la longitud de onda . Repita el proceso para 3 distancias diferentes y calcule el valor medio de la longitud de onda . NOTA: Debido a este fenómeno de reflexión en las bocinas, pequeñas variaciones de la distancia entre el emisor y el receptor pueden afectar notablemente las medidas del receptor. Fig.1 85 2.- Polarización del haz Las ondas electromagnéticas son ondas transversales, en ellas la dirección de oscilación de los campos eléctrico y magnético es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Si la dirección de oscilación se mantiene siempre paralela a una recta se dice que la onda está polarizada linealmente. El haz radiado por el emisor está polarizado linealmente. Aflojando los tornillos situados en la parte posterior del emisor y del receptor, (ver Fig.2) éstos pueden girarse. Cuando el emisor se encuentra en la posición “0”, el plano de polarización del haz es vertical. Si el receptor se encuentra en la posición “0” solo puede captar la componente vertical del campo eléctrico del haz. Sitúe el emisor y el receptor (ambos en posición “0”) según se indica en la Fig.1 y ajuste el control de intensidad hasta obtener el valor 1. A continuación afloje el tornillo en la parte posterior del emisor y lo gire en incrementos de ángulos de 10º. En cada posición angular anote la lectura del receptor (también para =45º). Construya la Tabla 1 y represente los puntos obtenidos en una gráfica de intensidad frente al ángulo . NOTA: Según se explica en la nota final del apartado 1 es muy importante mantener constante en todas las medidas la distancia entre el emisor y el receptor. Si la medida M del receptor fuera proporcional a la amplitud de la componente del campo eléctrico paralelo a su eje (el vertical) la lectura del receptor sería M = M0 · cos donde M0 es la medida para = 0. Por otro lado si la medida del receptor fuera proporcional a la intensidad tendríamos M = M0 · cos 2 ya que la intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud del campo eléctrico. En la gráfica anterior represente la función M0 · cos 2 y el valor absoluto de M0 · cos . ¿Cual de las dos gráficas se ajusta mejor a los datos experimentales?. La medida del receptor ¿es proporcional al campo eléctrico de la onda o a su intensidad? Para alterar la dirección de polarización de una onda se utiliza un polarizador Para hallar el plano de polarización del haz sitúe el polarizador de rejilla según se indica en la Fig. 3 con el emisor y receptor en la posición “0”. Anote las medidas del receptor cuando los alambres del polarizador formen con la horizontal ángulos de 0º, 45º, y 90º. Teniendo en cuenta que el eje de transmisión del polarizador es perpendicular a los alambres. ¿Cual es el plano de polarización del haz?. Si la medida del receptor es proporcional a la intensidad ¿Qué relación teórica debe haber entre las medidas obtenidas con = 45º y = 0º ?. A continuación quite el polarizador y gire 90º el emisor. La medida del receptor debería ser nula. Sitúe ahora el polarizador formando un ángulo de 45º con la horizontal. ¿Por qué ahora el receptor registra una medida no nula?. NOTA: Mientras se gira, el polarizador debe mantenerse exactamente a la misma distancia del emisor y del receptor. Intensidad 0º 1 10º ... 20º ... ... ... 180º ... Tabla 1 Fig.3 Fig.2 86 Interferómetro de Fabry-Perot El Interferómetro de Fabry-Perot es un dispositivo que se utiliza para medir con precisión la longitud de onda de la radiación electromagnética. Esencialmente consta de dos pantallas parcialmente reflectoras situadas entre el emisor y el detector (ver Fig.4). La onda electromagnética se refleja hacia atrás y hacia adelante entre las dos pantallas. En cada reflexión en la 2ª pantalla, parte de la radiación la atraviesa y alcanza el receptor. Si la distancia entre las pantallas es n · /2 ( n = 1, 2, 3, ... ) todas las ondas que llegan al receptor están en fase y un máximo será detectado. ¿Cuál debe ser la distancia entre las pantallas para que el receptor detecte un mínimo?. Sitúe los componentes del interferómetro según se indica en la Fig.4. Deslice la pantalla mas cercana al receptor hasta conseguir un máximo, anote la posición P de la pantalla y ajuste los controles de intensidad del receptor hasta obtener una medida de 0,8. Deslice de nuevo la misma pantalla alejándolo de la otra hasta conseguir el 2º máximo y anote la nueva posición de la pantalla. Procediendo de la misma forma construya la Tabla 2. La representación de la posición P de la pantalla frente a n debe dar una línea recta. A partir de la pendiente de dicha recta calcule la longitud de onda , y compara con el resultado obtenido en el primer apartado. Usando la relación C= /T halle la frecuencia de la onda. (El espacio comprendidoentre las dos pantallas recibe el nombre de cavidad resonante y se utiliza mucho en los láseres para amplificar la radiación emitida). F.F máx. (n) posi. pantalla (P) 1º ... 2º ... .. ... 10º ... Tabla2 Fig.4
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