LABORATORIO DE FÍSICA 2 - E.T.S.E.T.-CURSO 2004/2005 PRÁCTICA 4 MICROONDAS

Transcripción

1 MICROONDAS Libro de texto: Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, et al., Física Universitaria, Tomo 2, 11ª edición, Pearson Educación, Mexico (2004), Capítulos: 32-6 El espectro electromagnético (páginas ), 33-5 Polarización (páginas ), 35-5 El Interferómetro de Michelson (páginas ), Las microondas son ondas electromagnéticas con longitud de onda entre 10-3 y 0.3 m que se emplean, habitualmente, en sistemas de radar y de comunicación. Debido a su longitud de onda ondas son también apropiada para ilustrar una gran cantidad de fenómenos ondulatorios ya que se puede emplear objetos de dimensiones macroscópicas como obstáculos, lentes, rendijas etc. Se estudiará los fenómenos de polarización, absorción e interferencia. Conceptos a tener en cuenta: La polarización de una onda transversal caracteriza la dirección de perturbación con respecto a su dirección de propagación. Cuando la dirección de perturbación de un transversal se mantiene paralela a una línea en el espacio, se dice que la onda está linealmente polarizada. Cuando la onda pasa a través de un medio que no es totalmente transparente, se produce una absorción de energía por parte del mismo. En el caso de ondas planas, se observa que el medio absorbe una fracción β de la energía por unidad de longitud que recorre la onda en dicho medio. La relación entre la intensidad de la onda al entrar en el medio (I o ) y la intensidad (I) después de recorrer una distancia x viene dada por la Ley de Lambert-Beer: I = β I e x 0 La interferencia de dos ondas se observa cuando dos fuentes coherentes emiten ondas que coinciden en el mismo espacio y tiempo. El interferómetro de Michelson permite obtener dos ondas coherentes por división de amplitud de onda procedente de una sola fuente (véase fig. 1). En el equipo que se utilizará, se produce la emisión de microondas mediante un dispositivo electrónico (transmisor) compuesto de un circuito oscilante (diodo Gunn), que emite ondas con una longitud de onda de 2.8 cm. La intensidad detectada por el receptor, un diodo de alta frecuencia, se puede evaluar mediante un amperímetro. Se realizará experimentos basados en la polarización, absorción e interferencia de microondas. Realice los experimentos y medidas necesarios para contestar las cuestiones que se plantean en los siguientes apartados. Analice el material del cual dispone y evalúe lo que necesita para realizar los experimentos propuestos. Ojo! El material es muy delicado, tenga cuidado al utilizarlo.

2 Procedimiento: A - Polarización de las microondas: En el laboratorio: a) Conecte la fuente de alimentación de corriente continua al diodo emisor (8-9 V). Ojo! En ningún caso dees aplicar tensión a los terminales del receptor. b) Sitúe el transmisor y el receptor enfrentados a aproximadamente 0,5-1 m de distancia, con ambos conectores en posición horizontal, y mida la señal recibida. La polarización de las ondas emitidas será vertical cuando los conectores posteriores estén situados horizontalmente. c) Gire el receptor alrededor de su eje longitudinal y apunte la intensidad de corriente que mide con el Amperímetro analógico para 6 posiciones diferentes (Aproximadamente 90º, 65º, 45º, 25º y 0º con respecto al transmisor). d) Coloque nuevamente emisor y receptor en las posiciones originales y sitúe entre ellos la rejilla metálica con su plano perpendicular a la dirección de propagación de las ondas electromagnéticas. e) Gire la rejilla manteniendo el plano siempre perpendicular a la dirección de propagación de las ondas y apunte los valores de la intensidad que observa para 6 posiciones diferentes (Aproximadamente 90º, 65º, 45º, 25º y 0º con respecto al transmisor). f) Quite la rejilla, oriente el receptor así que la señal recibida sea despreciable, introduzca nuevamente la rejilla metálica y repita las medidas del apartado anterior g) Quite la rejilla y gire el transmisor de forma que la dirección de campo eléctrico esté inclinado 45º respecto a la horizontal. Oriente la señal emitida con un ángulo de incidencia de 45º hacia una placa reflectora metálica. Coloque el receptor simétricamente al transmisor para detectar la señal reflejada por la placa metálica y determine en qué posición, respecto a su propio eje, tiene que colocar el receptor para tener la máxima intensidad de la señal. En casa: h) Represente gráficamente la intensidad de la señal recibida en función del ángulo, compare los resultados obtenidos en los diferentes apartados y relaciónelos con los resultados teóricos. B - Absorción de microondas En el laboratorio: a) Mida la intensidad sin y con diversos materiales (varias hojas de papel seco e papel húmedo, madera, vidrio,...) colocados entre transmisor y receptor y mida con un calibre el espesor de dichas piezas. b) Observe si puede girar el plano de polarización utilizando los dedos como polarizadores. En casa: c) Calcule el coeficiente de absorción de los materiales empleados en el apartado a. C - Interferómetro de Michelson En el laboratorio: a) Construya un interferómetro de Michelson según el esquema de la figura 1 del Anexo 1. b) Varíe la posición de una de las placas reflectoras y estime que distancia debería tener entre cada posición para obtener un diagrama de interferencia razonable. c) Apunte la intensidad para 6-10 posiciones.

3 En casa: d) Realice una gráfica que represente la señal recibida en función de la posición de la lámina reflectora. Bibliografía adicional: [1] W. E. Gettys, et al., Física Clásica y Moderna, Mc Graw-Hill, Madrid (1996) [2] S. M. Lea, J. R. Burke, Física 1. La naturaleza de las cosas, Paraninfo, Madrid (2001) [3] R. A. Serway, Física, Tomo 2, 4ª edición, Mc Graw-Hill, México (1997) [4] P. A. Tipler, Física, Tomo 2, 4ª edición, Reverté, Barcelona (1999) [5] M. Alonso, E. J. Finn, Física, Addison-Wesley, Wilmington, Delaware (1995) [6] E.Hecht, Óptica, Addison-Wesley Iberoamericana, Madrid (2000), para cuestiones muy especificas

4 Anexo 1 - Manual del equipo de microondas Fig.1: Esquema experimental del interferómetro de Michelson

5 Anexo 2 - Manual del Polímetro Analógico

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