Unidad VII: Oscilaciones Electromagnéticas

Física II

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Oscilaciones Electromagnéticas

Las oscilaciones electromagnéticas aparecen cuando un sistema eléctrico permite el intercambio continuo de energía entre el campo eléctrico y el campo magnético. El ejemplo más representativo es el circuito LC, compuesto por un condensador y una bobina (inductor).

Principio de Funcionamiento

• Cuando el condensador se carga, almacena energía en forma de campo eléctrico.
• Al descargarse a través del inductor, esta energía se transforma en campo magnético.
• Este proceso se repite periódicamente, generando una oscilación continua.
• La energía total del sistema se conserva, alternando entre energía eléctrica y magnética.

Circuito LC Básico

Condensador (C) + Inductor (L) = Sistema Oscilante

Frecuencia de Oscilación

La frecuencia natural de oscilación del sistema depende de los valores de la inductancia L y la capacitancia C:

f = 1 / (2π√(LC))

Donde f es la frecuencia en Hertz, L es la inductancia en Henrios, y C es la capacitancia en Faradios

ω = 1 / √(LC)

Frecuencia angular de oscilación

T = 2π√(LC)

Período de oscilación

Representación de un circuito LC y sus oscilaciones electromagnéticas

Amortiguamiento en Sistemas Reales

En sistemas reales, la presencia de resistencia produce amortiguamiento, haciendo que la amplitud de la oscilación disminuya con el tiempo.

• Circuito RLC: Incluye resistencia además del inductor y condensador.
• Amortiguamiento subcrítico: Oscilaciones que disminuyen gradualmente.
• Amortiguamiento crítico: Retorno más rápido a la posición de equilibrio sin oscilar.
• Amortiguamiento supercrítico: Retorno lento a la posición de equilibrio.

Q = (1/R)√(L/C)

Factor de calidad de un circuito RLC

Comparación de oscilaciones libres, subamortiguadas, críticamente amortiguadas y sobreamortiguadas

Aplicaciones Prácticas

Estas oscilaciones son fundamentales para el funcionamiento de:

• Radios y receptores: Circuitos sintonizados seleccionan frecuencias específicas.
• Transmisores: Generan señales de radiofrecuencia para comunicación.
• Osciladores electrónicos: Generan señales periódicas en relojes y temporizadores.
• Sistemas de resonancia: Amplifican señales a frecuencias específicas.
• Filtros de frecuencia: Seleccionan o rechazan bandas específicas de frecuencia.
• Circuitos de sintonización: En televisores, radios y equipos de comunicación.

Ejemplo Práctico

Calculemos la frecuencia de oscilación para un circuito LC típico:

Datos: L = 10 mH = 0.01 H, C = 100 μF = 0.0001 F

f = 1 / (2π√(0.01 × 0.0001))

f = 1 / (2π√(0.000001))

f = 1 / (2π × 0.001) ≈ 159.15 Hz

Frecuencia de oscilación resultante

Consideraciones Importantes

• Las oscilaciones ideales (sin resistencia) serían perpetuas, pero en la práctica siempre hay amortiguamiento.
• La frecuencia de resonancia es crítica para el diseño de circuitos de comunicación.
• Los materiales y la construcción afectan las pérdidas y la eficiencia del sistema.
• En aplicaciones de alta frecuencia, deben considerarse efectos parasitarios.

Equipos de radio que utilizan principios de oscilación electromagnética

Nuestro Equipo

• Estudiante 1 - Rimachi Uchuipoma Edy Daniel
• Reyes Garcia Andreew Gonzalo - Investigador
• Estudiante 2 - Ricce Arturo

Temas Relacionados

• Circuitos RLC
• Resonancia Electromagnética
• Ondas Electromagnéticas
• Transformada de Fourier
• Análisis de Circuitos AC

Próximo Experimento

Construcción de un circuito LC: Medición de frecuencia de oscilación y observación del amortiguamiento.

Conceptos Clave

• Energía almacenada en condensador: Uₑ = ½CV²
• Energía almacenada en inductor: Uₘ = ½LI²
• Conservación de energía: Uₑ + Uₘ = constante
• Oscilación sinusoidal: I(t) = I₀cos(ωt)

Sobre Nosotros

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