¿Cuál es la diferencia entre electromagnetismo y radiación electromagnética?

Question

En un pregunta anterior Pregunté si tener 2 bobinas de alambre con electricidad fluyendo de una a otra es radiofrecuencia, y me respondieron que no era radiofrecuencia. Me quedé perplejo porque pensé que se trataba de una transmisión inalámbrica de un campo magnético cambiante, que por tanto era RF.

Pensaba que la tasa de oscilación de la corriente alterna era la frecuencia de la radiofrecuencia (así que una entrada de 60 hertzios de corriente alterna pensaba que me daría una señal de radiofrecuencia de 60 hertzios). Pues bien, me dijeron que no.

Me gustaría saber la diferencia entre la radiación electromagnética y un simple campo electromagnético cambiante.

Answer 1

Hay dos razones por las que su pregunta anterior no era sobre la radio. La primera es que la radio va oficialmente de 3kHz a 300GHz. La segunda es, que un transformador se basa en un principio diferente al de las ondas de radio. Esa segunda razón es la que explica tu pregunta: un transformador se basa en el electromagnetismo, las ondas de radio se basan en la radiación electromagnética.

La comprensión de este tema es realmente difícil, y existe para muchas personas en muchos supuestos. Intentaré dar una explicación sencilla para un profano, para lo cual tendrá que aceptar algunas suposiciones más que para la explicación detallada que se ofrece a continuación.

Explicación laica

Como se sabe, un campo magnético significa que algunos materiales, como los metales, son atraídos por otros. Se puede generar un campo magnético dejando pasar una corriente alterna por un cable o una bobina. Eso es lo que ocurre en la bobina primaria de un transformador. A la inversa, un cambio en un campo magnético generará una corriente en una bobina: eso es lo que ocurre en la bobina secundaria. Estas propiedades de los campos magnéticos y la corriente se denominan inducción electromagnética .

La radiación electromagnética es una forma particular del campo electromagnético. En la radiación electromagnética, el campo magnético creará un campo eléctrico (basta con suponerlo), pero más lejos del conductor que comenzó con la creación del campo electromagnético. El campo eléctrico creará un campo magnético, aún más lejos, y así sucesivamente. Y así sucesivamente, debido a propiedades específicas del campo. Esa es la clave de la radiación electromagnética.

Cuando se realizan pruebas con un transformador, la bobina secundaria existe dentro de una longitud de onda de la onda que se produce. Esto significa que la corriente en la bobina secundaria no existe por la radiación electromagnética, sino por la inducción electromagnética: los campos no se crean mutuamente.

Sólo se puede demostrar la existencia de la radiación electromagnética transportando las ondas a través de más de una longitud de onda; sólo entonces se puede estar seguro de que los campos se crean mutuamente.

Explicación detallada

Hay cierta confusión aquí, y la causa de ello es que el principio teórico detrás de las ondas de radio, y la frecuencia de radio, no van necesariamente juntos. Echa un vistazo a la Radio Wikipedia :

La radio es la transmisión inalámbrica de señales a través del espacio libre mediante una radiación electromagnética de una frecuencia significativamente inferior a la de la luz visible, en el rango de las radiofrecuencias, desde unos 30 kHz a 300 GHz. Estas ondas se denominan ondas de radio. La radiación electromagnética se desplaza mediante campos electromagnéticos oscilantes que atraviesan el aire y el vacío del espacio.

Nota: Creo que el mínimo de 30kHz debería ser de 3kHz (referencia: aquí y aquí )

Puedes ver que puede haber otras ondas, basadas en el mismo principio y que funcionan de la misma manera, con una frecuencia <3kHz o >300GHz, que simplemente no forman parte de la "Radio". Esas ondas no son ondas de radio y no están en el espectro de RF, pero son lo mismo, cuando te olvidas de la frecuencia.

Pero hay más. Las ondas de radio son electromagnético radiación . La radiación electromagnética contiene dos componentes, uno eléctrico y otro magnético. Estos componentes se crean mutuamente, como se ha dicho anteriormente. El campo magnético rojo crea un campo eléctrico azul, que crea el siguiente campo magnético, y así sucesivamente.

Desde el Radiación electromagnética Wikipedia :

La radiación electromagnética es una forma particular de la más general campo electromagnético (campo EM), que se produce por las cargas en movimiento. La radiación electromagnética está asociada a campos EM que están lo suficientemente lejos de las cargas móviles que los produjeron como para que la absorción de la radiación EM no afecte al comportamiento de estas cargas móviles.

Lo que intentamos hacer en su pregunta anterior en realidad sólo estaba recogiendo el débil magnético campo porque eso es lo que hace una bobina secundaria.

Supongo que ahora te estarás preguntando: pero hace ¿un transformador hace radiación electromagnética, o es sólo un campo magnético? Echemos un vistazo, con el Radiación electromagnética Wikipedia :

... los campos eléctricos y magnéticos en la RME 1 existen en una relación constante de fuerzas entre sí, y también se encuentran en fase ...

1: la radiación electromagnética, comparada con el campo electromagnético - nota del autor

Piensa en el transformador. Se genera un campo magnético cuando la corriente cambia . Digamos que tenemos un seno puro como corriente, \$I(t)=sin(t)\cdot{}c\$ . Podemos obtener el cambio de la corriente en un momento determinado tomando la derivada de ese seno, que es el coseno, así: \$B(t)=cos(t)\cdot{}c\$ . Ahora echa un vistazo a las funciones \$I(t)\$ y \$B(t)\$ que deben existir en "una relación constante de fuerzas entre sí" y en fase.

Nota: la constante \$c\$ es porque las fórmulas dependen de otras cosas también, que son irrelevantes ahora y constantes en una situación específica

Ya ves que esas funciones no están en fase. Tampoco están en una relación constante entre ellas. Usted puede ver que mediante el trazado de \$f(t)=\frac{sin(t)}{cos(t)}=tan(t)\$ :

Así que no, un transformador no irradia radiación electromagnética. Las ondas no están en una relación constante de fuerza entre sí, ni están en fase. Las pruebas que hiciste con un transformador en su pregunta anterior sólo se basaban en un campo magnético.

Esta diferencia entre la captación de una campo y magnético radiación se conoce como la diferencia entre campo cercano y lejano .

Resumen

Hay dos razones principales por las que sus experimentos no eran sobre la radio. La primera es que simplemente era la frecuencia equivocada. La segunda es que una bobina con corriente alterna no proporciona radiación electromagnética.

Referencia

• Wikipedia: Radio , Radiofrecuencia , Radiación electromagnética , Campo electromagnético , Campo cercano y lejano
• Industria de Canadá, GL-01
• Su pregunta anterior aquí
• Las parcelas se hicieron con Wolfram|Alpha

Answer 2

El acoplamiento de transformadores de 50/60Hz no es RF porque funciona por acoplamiento de campo reactivo en lo que se conoce como "campo cercano". Aquí hay una imagen de la wikipedia sobre los campos cercanos y lejanos: -

Alrededor de la longitud de onda de la antena (o la frecuencia que se utiliza para acoplar la energía) el campo cercano se convierte en el campo lejano. El campo lejano se considera "radiofrecuencia propiamente dicha" y es capaz de propagarse con una radiación que disminuye con el cuadrado de la distancia.

Ahora considere un transformador a 50Hz - cuál es la longitud de onda - 6.000 km - funcionará el acoplamiento magnético de campo cercano incluso a 1.000m - no. No es rf

Answer 3

Creo que ya lo has entendido en gran medida por tu última frase. Un campo magnético cambiante no es lo mismo que la radio.

La radio real es propagando energía. Se puede pensar que la energía está ligada a una danza específica entre el campo E (eléctrico) y el campo B (magnético). Los dos juntos oscilando de la manera correcta hacen que la energía se propague a la velocidad de la luz a través del espacio libre. La luz visible es un ejemplo de ello. Es una pequeña parte del espectro más amplio que llega hasta (pero no a) la corriente continua y pasa por los rayos gamma y los rayos cósmicos. La radio AM común está en torno a 1 MHz, que tiene 300 metros de longitud de onda. La FM común tiene una frecuencia 100 veces mayor y, por tanto, una longitud de onda 100 veces menor, es decir, 100 MHz y 3 metros. El WiFi funciona a unos 2,4 GHz, que tiene una longitud de onda de 125 mm. Hay microondas de unas pocas decenas de mm de longitud de onda, la radiación de "terahercios" que se utiliza en los aeropuertos para mirar debajo de la ropa, los infrarrojos, la luz visible (aproximadamente 500 nm), los ultravioletas, los rayos X, los rayos gamma, etc. Todas ellas son exactamente lo mismo, excepto por la frecuencia de oscilación. Como todas viajan a la misma velocidad de la luz en el espacio libre, también se pueden caracterizar por su longitud de onda.

Los campos E y B también pueden admitir campos no propagadores. Envuelva un cable alrededor de un perno de acero o una barra de ferrita, encienda la corriente y tendrá un campo magnético. Los materiales ferromagnéticos, como el acero, serán atraídos por este electroimán. Sin embargo, tenga en cuenta que la energía de este campo no se envía a ninguna parte. El campo existe alrededor del electroimán y disminuye rápidamente con la distancia. Incluso se puede variar el campo a lo largo del tiempo conduciendo el electroimán con corriente alterna, y luego hacer que otro electroimán cercano trabaje a la inversa para hacer una señal eléctrica en sus cables a partir del campo magnético cambiante. De hecho, ésta es la base del funcionamiento de los transformadores. Sí, se pueden transferir señales e incluso una potencia importante de esta manera, pero no es la radio. Por ejemplo, no hay forma de disponer un montón de electroimanes para que un haz de perturbación del campo B se irradie en una dirección concreta. Se puede dar forma al campo localmente, y el campo se extiende en teoría hasta la inifinidad a la velocidad de la luz, pero no es lo mismo que enviando una onda de radio (o un haz de luz, o un haz de radar, etc.).

Al igual que se puede hacer un dispositivo de campo B, también se pueden crear campos eléctricos estáticos. Al igual que el campo magnético del electroimán, este campo eléctrico puede detectarse localmente y transferir una potencia significativa a distancias cercanas. Pero de nuevo, la energía de ese campo no se "envía" a ninguna parte. Para que la energía irradie realmente por sí misma se requiere la interacción adecuada entre los campos B y E que llamamos radiación electromagnética . A menudo nos descuidamos un poco y nos referimos a todo lo relacionado con la radio como "RF". En realidad, RF significa radiofrecuencia pero a menudo lo utilizamos para referirnos a cualquier tipo de radio.

Answer 4

Desde Wiki :

La radiofrecuencia (RF) es una tasa de oscilación en el rango de aproximadamente 3 kHz a 300 GHz, que corresponde a la frecuencia de las ondas de radio, y las corrientes alternas que transportan las señales de radio.

¿Por qué 3KHz y no, por ejemplo, 2,9 KHz? convención ¡!

El hecho es que radiación electromagnética puede ocurrir en cualquier frecuencia, por ejemplo, el Espectro ELF es de 3 Hz a 300 Hz, pero la radiación EM no es necesariamente RF .