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Fundamentos

Fundamentos¿QUÉ ES UN CAMPO ELECTROMAGNÉTICO?

El concepto campo electromagnético es un concepto formal que se utiliza en la Física para representar una perturbación en el espacio, que se propaga a través de él de manera ondulatoria y que provoca una interacción sobre las partículas con carga eléctrica.

Esa perturbación se manifiesta de dos maneras diferentes sobre las cargas, originando dos interacciones diferenciadas:

    • la llamada interacción eléctrica, modelizable físicamente mediante el denominado campo eléctrico y
    • la llamada interacción magnética, modelizable físicamente mediante el denominado campo magnético.

Ambos campos implican fuerzas sobre las partículas afectadas (que se manifiestan en situaciones diferentes) y por tanto son magnitudes vectoriales, con dirección, sentido e intensidad.

Los campos electromagnéticos se propagan por el espacio como ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz (en el vacío) de acuerdo con las Ecuaciones de Maxwell, llevando asociada una energía electromagnética.

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Representación esquemática de la propagación ondulatoria de un campo electromagnético.

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Fundamentos¿CÓMO SE ORIGINAN LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS?

Un campo eléctrico tiene dos posibles causas que lo generan:

  • La existencia de una distribución de cargas eléctricas, dando lugar a un campo electrostático.
  • La presencia de un campo magnético variante en el tiempo, que da lugar a un campo eléctrico también variante

Un campo magnético, tiene dos posibles causas que lo generan:

  • El movimiento de cargas eléctricas
  • Un campo eléctrico variable en el tiempo, en determinadas condiciones.

Para tener una visualización práctica de las fuentes, cabe señalar que las cargas eléctricas en movimiento generan campos electromagnéticos (es decir, tanto eléctricos como magnéticos). Por ejemplo:

  • Una corriente eléctrica que va por un cable.
  • En el movimiento de un objeto cargado.
  • La existencia de un objeto cargado eléctricamente (con, por ejemplo, un balance mayor de cargas positivas que negativas) genera a su alrededor un campo eléctrico estático.

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Fundamentos¿DÓNDE HAY CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS?

Fuentes naturales

En la sociedad actual hay campos electromagnéticos por todas partes y convivimos con ellos desde el principio de los tiempos pero son invisibles para el ojo humano.

Se producen campos eléctricos, por ejemplo, por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas.

La Tierra como planeta, genera un campo magnético permanente, que provoca la orientación de las agujas las brújulas y que le sirve como orientación a los pájaros y los peces. Los imanes naturales, igualmente, generan campos magnéticos estáticos.

Imágenes de campos magnéticos naturales

Fuentes artificiales

Cualquier aparato que utilice de alguna manera la electricidad (hoy en día la inmensa mayoría), tiene en su seno un movimiento de cargas y por lo tanto, como ya se ha señalado, genera campos electromagnéticos a su alrededor.

En particular, las comunicaciones inalámbricas se realizan utilizando la propagación ondulatoria de los campos electromagnéticos como medio para transmitir información: señales radiofónicas, de televisión, teléfonos móviles, emisoras de radio, Internet sin cables, sistemas de localización tipo GPS,…

Fuentes artificiales

 

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Fundamentos¿QUÉ ES EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO?

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas en función de la frecuencia o longitud de onda de dichas ondas (que son parámetros característicos de las ondas -ver definiciones- relacionados en el vacío por λ= c / f, siendo c la velocidad de la luz en el vacío, λ la longitud de onda y f, la frecuencia de la onda.

Habitualmente un campo electromagnético no puede caracterizarse por una frecuencia concreta, pero sí puede representarse matemáticamente (mediante análisis de Fourier) como una suma de otros campos, cada uno de los cuales con una frecuencia concreta. Este hecho es muy útil para trabajar con los campos desde el punto de vista operativo ya que, entre otras muchas cosas, los límites máximos de exposición establecidos hasta el momento para los campos electromagnéticos se dan en función de la frecuencia de dichos campos. Por lo tanto es importante conocer su composición espectral.

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Fundamentos¿EN QUÉ SE DIFERENCIAN LAS RADIACIONES IONIZANTES Y LAS NO IONIZANTES?

La energía asociada a una onda electromagnética aumenta con la frecuencia de la misma. Esto permite, clasificar las radiaciones del espectro en función de su potencial efecto sobre la materia:

• Las radiaciones no ionizantes comprenden la porción del espectro electromagnético cuya energía NO es capaz de romper las uniones atómicas, incluso a intensidades altas. Por tanto, no pueden ocasionar, de manera directa, alteraciones sobre las cadenas el ADN de las células. No obstante, estas radiaciones pueden ceder energía suficiente, cuando inciden en los organismos vivos, como para producir efectos térmicos (de calentamiento) tales como los inducidos por las microondas. También, las radiaciones no ionizantes intensas de frecuencias bajas pueden inducir corrientes eléctricas en los tejidos, que pueden afectar al funcionamiento de células sensibles a dichas corrientes, como pueden ser las células musculares o las nerviosas. Los campos electromagnéticos, a cualquier frecuencia, son radiaciones no ionizantes.

• Las radiaciones ionizantes en cambio, llevan asociada la energía suficiente para romper las uniones atómicas y por tanto modificar o romper las cadenas de ADN celulares. Entre éstas están la banda superior de las radiaciones Ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

espectro

Esquema general del espectro electromagnético.

 

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Fundamentos¿QUÉ SON LAS REGIONES DE CERCANO Y CAMPO LEJANO?

Para el caso particular de la emisión electromagnética de una antena y para frecuencias inferiores a 1 GHz, se utiliza frecuentemente el concepto de campo cercano y campo lejano. En las inmediaciones de una antena, existe una distancia a partir de la cual la distribución angular del campo es esencialmente independiente de la distancia de la fuente. En esta región el campo tiene un carácter predominante de onda plana, es decir, una distribución localmente uniforme de la intensidad de campo eléctrico y magnético en planos transversales a la dirección de propagación.

En esa región, denominada región de campo lejano, las componentes eléctrica y magnética están desacopladas y se pueden obtener la intensidad de un campo a partir del conocimiento de la intensidad del otro con una simple relación lineal:

fórmulas

En la región de campo cercano las componentes eléctrica y magnéticas de campo NO están desacopladas y por tanto no existe una relación lineal entre ellas.

Cuando se planifica una medición de campos electromagnéticos en entornos de antenas, es especialmente interesante conocer la distancia que delimita la región de campo cercano y campo lejano, ya que en región de campo lejano, tan sólo es necesario medir una de las dos componentes del campo para tener la información completa que comparar frente a los límites de exposición. Dicha comparación implica, chequear por separado tanto la componente eléctrica como la magnética.

tabla distancias

campo lejano

Ejemplos y representación gráfica de la región de campo cercano.

 

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Fundamentos CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS Y FUENTES SEGÚN FRECUENCIA

Se pueden distinguir dos grandes grupos de fuentes de exposición entre las más habituales:

I.- Las fuentes que generan campos de frecuencias inferiores a 3 kHz (0 Hz <= f < 3 kHz) (ELF), entre los que se encuentran:

• Las fuentes de “campos estáticos” (0 kHz): Trenes de levitación magnética, sistemas de resonancia magnética para diagnóstico médico y los sistemas electrolíticos en aplicación industrial-experimental.

• Las fuentes de los campos de frecuencias extremadamente bajas (30 Hz < f < 300 Hz): Equipos relacionados con la generación, transporte o utilización de la energía eléctrica de 50 Hz, líneas de alta y media tensión y aparatos electrodomésticos (neveras, secadores de pelo, etc.).

• Desde 300 Hz a 3 kHz: Cocinas de inducción, antenas de radiodifusión modulada y equipos de soldadura de arco.

II.- Las conocidas como fuentes de campos de radiofrecuencias (3 kHz < f < 300 GHz), que, clasificadas por rangos de frecuencia, son las siguientes:

Desde 3kHz a 30 kHz (VLF): Antenas de radionavegación y radiodifusión modulada, monitores de ordenador, sistemas antirrobo.

Desde 30 kHz a 300 kHz (LF): Pantallas y monitores, antenas de radiodifusión, comunicaciones marinas y aeronáuticas, radiolocalización.

Desde 300 kHz a 3 MHz (HF): Radioteléfonos marinos, radiodifusión AM, termoselladoras.

Desde 3 MHz a 30 MHz: Antenas de radioaficionados, termoselladoras, aparatos para diatermia quirúrgica, sistemas antirrobo

Desde 30 MHz a 300 MHz (VHF): Antenas de radiodifusión, frecuencia modulada, antenas de estaciones de televisión, sistemas antirrobo.

Desde 300 MHz a 3 GHz (UHF): Teléfonos móviles, antenas de estaciones base de telefonía móvil, hornos de microondas, aparatos para diatermia quirúrgica, sistemas antirrobo.

Desde 3 GHz a 30 GHz (SHF): Antenas de comunicaciones vía satélite, radares, enlaces por microondas.

Desde 30 GHz a 300 GHz (EHF): Antenas de radionavegación, radares, antenas de radiodifusión.

 


FUENTES:


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