Electromagnetismo

Fotónica I

noreply@blogger.com (Eleñe) — Sat, 31 May 2008 10:19:00 +0000

La electrónica funciona con corrientes de electrones. Con electricidad, para entendernos. Pero la fotónica, funciona con corrientes de fotones....Con luz, en otras palabras. Aquella, forma parte de nuestra civilización de una manera tan profunda que solo cuando nos falta percibimos su valor. Las corrientes de partículas luminosas, los fotones, empiezan a hacerse hueco entre nosotros y algunas de sus aplicaciones ya son imprescindibles: los lectores de código de barras, las aplicaciones del láser en la medicina, la televisión digital....

::Máster de Fotónica::

Luis Arizmendi

Profesor del Departamento de Física de los Materiales .

Imparte las asignaturas de Óptica y de Técnicas Experimentales II (3º).

Es también Director del Master en Tecnología Fotónica (a partir del curso 2004/05).

Esto de la “fotónica suena a película de ciencia-ficción, ¿podrías arrojar algo de “luz” sobre lo que significa para empezar?

"... la fotónica funciona con corrientes de partículas luminosas, los fotones."

La electrónica funciona con corrientes de electrones, y estamos muy acostumbrados a usar aparatos electrónicos como la radio, la televisión, el teléfono, el ordenador, etc. Por el contrario, la fotónica funciona con corrientes de partículas luminosas, los fotones. No estamos aún muy acostumbrados a usar en la vida diaria aparatos fotónicos, aunque cada vez las aplicaciones fotónicas están más presentes a nuestro alrededor. Así tenemos algunos aparatos clásicos como las cámaras fotográficas, telescopios y microscopios, y otros más recientes como los lectores de códigos de barras, los punteros láser, los láseres de las discotecas, etc. Casi todos estos aparatos combinan una parte electrónica y otra fotónica, como las pantallas de los ordenadores, los proyectores de video, las cámaras fotográficas digitales, y muchos otros.

Veo que lo de arrojar luz no iba muy descaminado…. De un tiempo a esta parte parece que estamos rodeados de láseres: impresoras láser, lectoras de CDs. ¿Podrías comentar algo sobre este aspecto?

Si, la luz láser posee unas propiedades muy especiales, que la hacen enormemente útil, y además cada vez se inventan nuevos láseres de colores distintos, y con tamaños cada vez más reducidos. La luz láser se dirige de forma muy precisa comparada con la luz de una bombilla, además es de color muy puro, y muy brillante. Estas son cualidades esenciales para multitud de aplicaciones (cirugía, industria, investigación). Cada día se encuentran nuevas aplicaciones para este tipo de luz.

Fibra óptica, comunicaciones ópticas ¿a la velocidad de la luz?

Si, cada día se requiere más movimiento de información. Internet, la televisión digital por cable … Se hace necesario un sistema de alta capacidad de transmisión. Los conductores eléctricos quedan saturados. Por las fibras ópticas podemos enviar la información en forma de luz láser a la velocidad de la luz. Además, la más moderna tecnología permite enviar muchas comunicaciones a la vez por la misma fibra, una enorme ventaja respecto a los cables eléctricos, simplemente usando luces de varios colores distintos. Cada color lleva una comunicación, ¡y no se mezclan en la fibra!

A mi siempre me han sorprendido los hologramas ¿cómo funcionan?

Intentaré explicarlo de forma sencilla. En una fotografía normal la imagen está impresa en el papel. Es la imagen de intensidad de luz que tomó la cámara con su objetivo. Por el contrario, con el holograma conseguimos fabricar una copia de las ondas luminosas que venían desde el objeto. Es como si tuviésemos delante el mismo objeto (sólo ópticamente, ya que el objeto ahora no está). En su lugar está el holograma, que nos envía información de la intensidad de luz y del relieve del objeto, así que lo veremos en 3D.

¿Es realista pensar en una televisión 3D en un futuro cercano?

Aquí hay que considerar dos aspectos, la cantidad de información que hay que transmitir para producir un holograma, y la resolución del elemento que forma la imagen. Para producir imágenes 3D en movimiento debemos realizar numerosos “fotogramas holográficos”. Cada fotograma holográfico constará de al menos 100 Megabytes, y por cada segundo de imágenes debemos formar 25 fotogramas. Esta es una cantidad de datos altísima, incluso para las comunicaciones ópticas actuales.

Por otra parte, las películas que permiten grabar hologramas son muy especiales, de muy alta resolución, con más de 25000 puntos por pulgada. Por el momento los proyectores de video tienen una resolución muy inferior, y tendremos que esperar a que esta mejore notablemente.

Parece que aún estamos algo lejos de esta aplicación fotónica, aunque la tecnología se desarrolla muy rápidamente en este campo. Aún se tardará unos años en que sea realidad la TV holográfica.

No me gustaría que nos centrásemos únicamente en los aspectos más mundanos, ¿podrías comentarnos cuales son los principales retos en este campo?

"Uno de los retos importantes de la fotónica es la computación óptica."

Uno de los retos importantes de la fotónica es la computación óptica. Los ordenadores personales actuales no pasan mucho más allá de los 3.000.000.000 de sencillas operaciones por segundo, y aún así a veces nos parecen lentos, pero estamos cerca del límite de velocidad con corrientes de electrones. Usando la luz podríamos aún aumentar mucho la velocidad de cálculo, tal vez hacerlos un millón de veces más rápidos.

¿Cómo se imagina un experto en fotónica el futuro? ¿Brillante?

Cada día que pasa aparecen nuevas aplicaciones de la fotónica. La luz láser está cada vez más presente en nuestras casas. En el campo de la salud también avanzan rápidamente las aplicaciones fotónicas. Por ejemplo, dentro de muy poco las radiografías se harán con luz láser visible, que es mucho menos peligrosa que los rayos X. En la industria cada vez son más los procesos que están controlados mediante la luz y las imágenes. Realmente es un panorama muy brillante, y ya en otros países avanzados como Estados Unidos los expertos en tecnología fotónica están muy cotizados. Nosotros acabamos de inicia el Master en Tecnología Fotónica en la UAM para formar este tipo de profesionales en nuestro país.

¿Podrías comentar la interrelación de la fotónica con otros campos de la física?

"La luz está compuesta por pequeñas unidades, los fotones, que tienen propiedades de física cuántica."

La luz interacciona con la materia, y por tanto es un instrumento eficaz para el estudio de los materiales, también se genera en la materia, de ahí su relación con la física atómica y molecular y con la física de sólidos.

La luz está compuesta por pequeñas unidades, los fotones, que tienen propiedades de física cuántica. Algunas de estas propiedades aún no han sido aplicadas, aunque parece que pueden tener mucho interés en campos como el de la computación óptica.

La luz también está relacionada con la relatividad y con la astrofísica. La información que recibimos de los objetos espaciales es principalmente en forma de radiación luminosa. Los efectos relativistas observados en la luz que nos llega de las estrellas permiten obtener datos sobre el origen del universo.

Como se puede apreciar, existe una gran relación con otros campos de la física, y en muchas ocasiones no está clara la frontera entre estos campos.

En caso de tormenta, quédate en el coche. La Jaula de Faraday.

noreply@blogger.com (Eleñe) — Fri, 30 May 2008 09:35:00 +0000

En caso de tormenta eléctrica el mejor sitio para protegerte de un rayo es en un coche. Este dicho, totalmente cierto, peca en la idea de dicha protección, ya que normalmente continua con la frase: Porque las ruedas de goma del coche lo aísla y hace que no caigan rayos sobre el. Bueno, esto es totalmente falso. Si es cierto que los neumático de las ruedas son aislantes pero, como cualquier material aislante, eso es valido hasta cierto voltaje a partir del cual se vuelve conductor (no he podido encontrar los valores por Internet). Un rayo puede tener una tensión de 1 millón a 1000 millones de Voltios, y una intensidad de entre 5000 a 340000 Amperios, por lo que no hay aislante que valga.
Pero os preguntaréis… ¿Si los neumáticos no aíslan el coche, como impide que le caigan rayos? Bueno, es que no impide que caigan rayos, es más, si estas en un lugar plano y el coche es el punto más alto, probablemente el coche será un objetivo de la tormenta.
Y os seguiréis preguntando… ¿Y porque este tío esta emperrado en que debo meterme en el coche si puede caerme un rayo? ¿Cómo puede ayudarme el coche a no acabar carbonizado? Pues la respuesta es La jaula De Faraday.
La estructura de un coche es metálica. Si nos metemos en el interior del coche, lo que hacemos es meternos en una jaula de Faraday. Si nos metemos en una jaula de Faraday, es como si nos metiéramos en el interior de un conductor, y el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo. Esto quiere decir que el coche al ser conductor de la electricidad, aunque reciba la energía del campo eléctrico generada por un rayo, dentro el campo electromagnético se anula completamente. Esto sucede porque todo el coche queda al mismo potencial (el que sea) y como nosotros estamos dentro, no tenemos diferencia de potencial, que es lo necesario para que se produzca una corriente eléctrica. El coche se ha convertido en una coraza electromagnética. Aun y así, tiene puntos débiles a evitar por la posibilidad de encontrarnos con una desagradable diferencia de potencial: las ventanas y las tomas de aire. Debemos mantener las ventanas cerradas y que no circule aire del exterior hacia el interior del vehículo. Por lo demás, estaremos totalmente a salvo.
El efecto de “protección” de la jaula de Faraday podemos observarlo fácilmente sin tener que meternos con el coche dentro de una tormenta eléctrica y esperar a que nos caiga un rayo. Los ascensores, si son en su conjunto metálicos, son jaulas de Faraday. Cuando entramos en uno y se cierran las puertas nos encontramos que nos protege de los campos electromagnéticos externos y nos deja sin cobertura en el móvil. Los microondas utilizan una jaula de Faraday para evitar que la radiación se escape. Podéis probarlo metiendo un móvil dentro y cerrando la puerta (sin encender el microondas ¿heee?) intentad llamar al móvil y veréis que no se puede porque se ha quedado sin cobertura.

De la electrónica a la fotónica

noreply@blogger.com (Eleñe) — Tue, 27 May 2008 22:15:00 +0000

La fotónica será la próxima revolución tecnológica

El fotón unificará las telecomunicaciones, la informática y el multimedia en 2030

De la misma forma que el microprocesador revolucionó la electrónica a partir de 1971, la transmisión de información fundada en la óptica está a punto de convertirse en el motor de la próxima ola de innovaciones. La óptica y el fotón, después de haber conquistado las telecomunicaciones, van a invadir progresivamente nuestros ordenadores y a duplicar sus posibilidades. Memoria holográfica, detectores ópticos de seísmos y lentillas ultraplanas asentadas sobre una gota de agua, son las primeras aplicaciones. Por René Trégouët.

Con la espintrónica, la fotónica constituye uno de los próximos saltos tecnológicos que aportará una ruptura mayor tanto para el sector de las telecomunicaciones como el de la informática.

De la misma forma que el microprocesador revolucionó la electrónica a partir de 1971, la transmisión de información fundada en la óptica está a punto de convertirse en el motor de la próxima ola de innovaciones. La fotónica (generación y transmisión de la luz) tiene aplicaciones en casi todos los sectores industriales: tecnologías de la imagen, tecnologías de la información, el sector industrial y la salud.

En materia informática, los investigadores de Intel han anunciado el desarrollo de un modulador óptico a base de silicio, operando a una frecuencia de 1GHz, 50 veces más elevada que los precedentes récords.

Ya es posible imaginar por tanto la aplicación de la Ley de Moore (indica que los procesadores deben duplicar su capacidad cada 18 meses) a los moduladores ópticos, es decir, de aumentar su potencia, miniaturizar su tamaño y el consumo eléctrico, de reducir su costo y de esta forma de integrar a la fibra óptica a todos los niveles de la cadena digital, desde el núcleo de un ordenador hasta las comunicaciones a larga distancia.

Desembarco en los ordenadores

La óptica y el fotón, después de haber conquistado las telecomunicaciones, van a invadir progresivamente nuestros ordenadores y a duplicar sus posibilidades. La sustitución del electrón por el fotón en nuestros ordenadores representa todavía un gigantesco desafío tecnológico, ya que hay que concebir y realizar nuevos tipos de transistores, componentes de memoria y circuitos capaces de utilizar en toda su potencia esta fascinante partícula elemental, constituyente básico de la luz, que se comporta tanto como una partícula “puntual”, como una onda difusa.

Entre las propiedades sorprendentes del fotón, algunas podrían resultar muy útiles en informática, como por ejemplo el hecho de que muchos haces de fotones pueden cruzarse sin interferirse entre sí.

Más recientemente, una nueva etapa importante en el dominio de la fotónica ha sido franqueda por investigadores franceses. Bombardeando proteínas de pollo con un rayo láser, científicos de Estrasburgo pueden haber puesto a punto el disco duro del futuro: la “memoria holográfica”, que podrá almacenar el equivalente a 27 DVD en un fino soporte del tamaño de un CD.

Bautizada hipermemoria difractiva, esta técnica recurre a las proteínas animales que almacenan datos y que se deforman bajo el efecto de un rayo láser, modulado a su vez en función de los datos a registrar, explica Patrick Meyrueis, director del laboratorio de fotónica de la Universidad Louis Pasteur de Estrasburgo.

Deformadas de esta manera, las moléculas de las aves, una vez depositadas sobre un soporte de vidrio o de plástico, forman una imagen holográfica que puede ser leída con la ayuda de un láser. Estos datos son inscritos gracias a la luz y almacenados en una imagen holográfica que contiene 128 gigas.

Por el momento, este tipo de memoria holográfica no es regrababale, pero los investigadores estudian los efectos de la luz sobre otras proteínas, particularmente las contenidas en las algas, para disponer de una memoria holográfica regrabable a voluntad. Así conseguirían discos duros de gran capacidad accesibles a una enorme velocidad.

El procedimiento, del que el fabricante japonés de electrónica Pioneer ha adquirido ya la patente, no es sino una entre otras de las posibles aplicaciones de la fotónica, la ciencia que estudia las potencialidades tecnológicas de la luz.

Micrófonos y sismógrafos ópticos

En los laboratorios de Estrasburgo, los investigadores trabajan también con un micrófono óptico ultrasensible, que funciona gracias a las interferencias provocadas por el sonido sobre la propagación de la luz en las fibras ópticas.

Usando el mismo principio, estos investigadores han puesto también a punto un sismógrafo fotónico capaz de detectar ínfimos movimientos telúricos estudiando su impacto sobre la propagación de un rayo de luz.

Otros investigadores en fotónica, particularmente en París, han puesto a punto lentillas extra planas “líquidas”, constituidas de una gota de agua depositada en aceite entre dos láminas de cristal.

Sometida a un impulso eléctrico, la gota de agua es capaz de identificar a un objeto colocado delante de ella, abriendo así el camino a la incorporación de lentillas autofocales extraplanas en las cámaras fotográficas digitalizadas y miniaturizadas de los teléfonos móviles.

Los cristales fotónicos son estructuras artificiales con modulación periódica del índice de refracción. Es habitual distinguir entre cristales fotónicos de una, dos o tres dimensiones según el número de dimensiones de la periodicidad en el interior de su estructura. Sus principales propiedades son: 1) La existencia del conocido como “Photonic Band Gap” (PBG), en el cual la radiación electromagnética queda impedida y que permite la existencia de modos localizados introduciendo puntos o líneas de defectos; 2) El modo de propagación de Bloch sin pérdidas debidas al efecto PBG. Estas propiedades son excepcionales y convierten a los cristales fotónicos en principales candidatos para el futuro diseño de circuitos nanofotónicos, los cuales substituirán a los electrónicos.

Hasta el momento las líneas telefónicas con fibras ópticas que se han colocado en muchas ciudades solamente conectan un poste con el siguiente, y del poste al hogar o la oficina todavía hay cableado con alambres que conducen electricidad. Una vez que éstos se cambien por fibras ópticas, hecho que a la larga ocurrirá, aumentará mil veces la capacidad de información y se podrán hacer cosas tales como comprar por medio de la televisión, instalar videófonos, que no solamente transmiten la voz sino que también envían imágenes, etcétera.

El uso de la fotónica en interruptores y conmutadores, que junto con la transmisión y computación fotónicas tendrán un extraordinario efecto en la revolución de las telecomunicaciones que se está dando en la década presente.

A la mezcla de fotónica con electrónica se le llama optoelectrónica.

“La fotónica será a la ciencia del siglo XXI lo que la electrónica representó para el siglo pasado”, asegura el profesor Meyrueis. En medicina, astronáutica, informática o las tecnologías del sonido y la imagen, sus aplicaciones son inmensas.

Suspensión electromagnética

noreply@blogger.com (Eleñe) — Sun, 25 May 2008 00:11:00 +0000

Si de algo podemos estar seguros es que en los próximos años vamos a estar hablando cada vez con más frecuencia de avances y nuevas aplicaciones de dispositivos electromagnéticos. No se que opinan ustedes pero yo lo veo como un campo en el que todavía queda mucho por explorar.

BOSE, la marca que realiza equipos de audio de gama alta, ha aprovechado sus conocimientos en el campo el audio.

Se trata de una suspensión electromagnética que trata resolver el problema de tener que elegir entre el confort de una suspensión blanda y el buen comportamiento dinámico de una suspensión dura.

La solución técnica viene gracias a la combinación de un motor electromagnético, un amplificador de potencia y unos detallados algoritmos matemáticos que son los responsables de ofrecer el confort de las suspensiones blandas o el agarre de las duras en función de las lecturas de los sensores.

Dediquen unos minutos a ver el siguiente video, es impresionante…

Que les pareció? Awesome!!!

Hans Crhistian Oersted (1777-1851), Dinamarca

noreply@blogger.com (Eleñe) — Sat, 24 May 2008 09:47:00 +0000

Hans Crhistian Oersted

Nacido el
año 1777,
en

Rudkjoebing (Langeland), Dinamarca,

Fallecido el
año 1851,
en
Copenhague, Dinamarca.

Hans Crhistian Oersted, químico y físico danés quien, en 1820, descubrió la estrecha conexión que existe entre la electricidad y el magnetismo. Doctorado en química en el año 1799, y con varios estudios de especialización en diferentes países europeos, en 1804, fue nombrado profesor de física en la Universidad de Copenhague. No obstante haber realizado sus estudios medulares en química, sin embargo, sus trabajos principales de investigación estuvieron centrados en el electromagnetismo. En 1929, fue nombrado director de la Escuela Politécnica de Copenhague y elegido por la Academia de Ciencias de Dinamarca como secretario vitalicio. En el año 1842, fue distinguido como miembro extranjero de la Academia de Ciencias de Francia.

Oersted descubrió la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo al percatarse del movimiento desviatorio que experimentaba la aguja de una brújula mientras hacia una demostración a sus alumnos en su cátedra de física de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. El hallazgo fue posible debido a que Oersted adjuntó una pila eléctrica a un cable conductor que se encontraba cerca de la brújula y, en ese instante, pudo observar que la aguja de ésta se movía en dirección hacia donde se encontraba el cable. Esta reacción comprobó la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo.

A priori, es posible considerar que el descubrimiento de Oersted fue algo fortuito, puede ser, pero se debe tomar en cuenta que la historia de este científico danés indica que nos estamos refiriendo a una persona con una manifiesta voluntad para el estudio y la investigación. Oersted había estudiado filosofía de lo natural con Schelling y por sí mismo, adoptando una profunda convicción de que la visión de la naturaleza es sistemática y unificada (pensaba que la práctica de hacer ciencia es como una religión). Esa concepción filosófica sobre la praxis científica fue lo que motivó a este ilustre hombre de ciencias a investigar una conexión entre la electricidad y el magnetismo. No fue una mera casualidad la presencia cercana de una brújula afectada ya por un campo magnético mientras manipulaba una pila y un cable eléctrico. Ahora bien, al ser afectada la brújula por la presencia cercana de un cable con electricidad, quedó en evidencia la conexión que existe entre electricidad y magnetismo.

Pero además, la experimentación de Oersted tuvo también la particularidad de demostrar las conexiones subyacentes que existen en fenómenos físicos bastante diferentes uno de otros, como son la electricidad y el magnetismo. Ello fue lo que emplazó a los científicos a buscar hechos que se dan como que la convertibilidad universal no es igual a la conservación, pero ambos se encuentran estrechamente relacionados. Así, una conexión o conversión entre fenómenos diferentes, especialmente como lo son la electricidad y el magnetismo, vienen a ser los pasos hacia el concepto unificado de energía.

Hans Oersted también alcanzó reconocimiento en trabajos que realizó en función de la ciencia con la cual se formó como científico. Desarrolló el concentrado de los extractos de pimienta (piperine), y también fue el primero en lograr la aislación del aluminio como un metal puro.

Indice

noreply@blogger.com (Eleñe) — Wed, 21 May 2008 18:48:00 +0000

Guión para estudiar la Unidad de electricidad y magnetismo.

A continuación os propongo un guión con los puntos más importantes que tenemos que estudiar en la Unidad de electricidad y magnetismo.

La idea es que inicialmente nos repartamos los diferentes contenidos entre todos, sin que ello signifique que no podamos aportar en cualquiera de ellos una vez hayamos hecho nuestra tarea.

Habrá que etiquetar las entradas que hagáis (indicarlo en la parte inferior derecha al editar) con vuestro nombre,etiqueta-tema, por ejemplo pepe,CC sí estáis tratando el tema de corriente continua (no utilizar acentos para las etiquetas).

Bueno, ahí va el guión:

1. Corriente continua y alterna y generadores.

a* Corriente continua. => CC
b* Corriente alterna. => CA
c* Pilas y baterias. => pila-bateria
d* Alternadores. => alternador
e* Células solares. => fotovolta

2. Generadores eléctricos por procesos químicos.
a* Definición.Cátodo y ánodo. => generadores
b* Pilas. Definición. => pilas
- Diagrama de la estructura de una pila salina.
- Tipos de pilas: salinas, alcalinas y de botón.
- Tamaños de pilas y denominación según el voltaje.
c* Baterías => baterias
- Definición. Tipos de baterías.

3. Electricidad, magnetismo y generadores electromagnéticos.
a* Magnetismo => magnetismo
- Definición de campo magnético.
- Imán: características (dos polos).
b* Efecto de un imán en un conductor. => induccion
c* Generación de magnetismo por la electricidad.
- Definición de generador electromagnético. => electroiman
d* Generadores electromagnéticos de C.A. Definición de alternador. => alternador
e* Generadores electromagnéticos de C.C. Definición de dinamo. => dinamo

4. Potencia eléctrica. Definición de potencia. => potencia
a* Transformaciones de la energía eléctrica. => energia
- Definición de vatio.
b* Efecto de Joule. Calor => calor

5. El transformador o trafo. => trafo
- Definición. Composición: primario y secundario. Fórmulas para el trafo.

6. La fuente de alimentación. => alimentador
- Definición. Composición. ¿Qué es un adaptador de corriente?

7. Motores eléctricos. => motor
- Definición.
- Funcionamiento básico: conocer rotor, estátor, colector, delgas, escobillas.

8. Máquinas eléctricas. => maquina
- Definición

9. Electrodomésticos. => electrodomestico
- Definición.

10. Dispositivos electromagnéticos.
a* Timbres.=> timbre
- Funcionamiento de un timbre.
b* Altavoces dinámicos: qué son y cómo funcionan. => altavoz
c* Auriculares dinámicos: ídem. => auricular
d* Micrófonos dinámicos: ídem. => microfono

11. Historia del electromagnetismo. Científicos y hallazgos históricos. => historia

12. Actualidad. => actual