Ones de ràdio i camp electromagnètic

Guia per al professorat

Introducció

Aquesta proposta de pràctica virtual utilitza una miniaplicació que es pot descarregar gratuïtament del conjunt PhET, elaborat per la Universitat de Colorado a Boulder (http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics.) També hi és la versió en català i en castellà. Si feu clic a la figura 1 podreu accedir a la versió catalana.

La simulació (vegeu la figura 1) representa una antena emissora i una de receptora. Fent oscil•lar un electró de l'antena emissora podem observar com al cap d'una estona comença a oscil•lar un altre electró situat en l'antena receptora amb la mateixa freqüència. A partir d'aquest fenomen es poden obtenir les posicions dels dos electrons en funció del temps i comparar-les. També podem observar el camp estàtic creat per l'electró, el camp radiat, les forces sobre l'electró i el camp com a ona.

Temporització 1-2 hores (es pot fer 1 hora a classe i acabar-ho a casa) Alumnes als quals s’adreça l’experiència 2n de batxillerat Metodologia La idea és entendre com funciona una antena emissora i una de receptora de ràdio i relacionar-ho amb el camp electromagnètic. La pràctica està pensada com a problema integrador, ja que s'hi pot treballar: moviments harmònics simples (MHS), gràfics del moviment, forces elèctriques, camp elèctric i ones. També es pot ometre’n alguna part i centrar-se més en la part de l'electromagnetisme. En obrir l'aplicació observem dues antenes: L'electró representat per un punt blau es pot moure de dalt a baix de l'antena de manera manual o automàtica.

Fig 1. miniaplicació "Ones de ràdio" de la col•lecció PhET. Podeu fer clic a la imatge per accedir-hi.

En el menú de la dreta tenim: Moviment que s’ha de transmetre: manual o oscil•lant i amb les palanques de sota es pot modificar la freqüència i l'amplitud d'oscil•lació de l'electró. Vegeu la figura 2.
	Fig 2.

Mode de visió del camp: amb vectors, sense, tot o bé res. Vegeu la figura 3.
	Fig 3.

Tipus de camp: mostra les forces sobre l'electró (color vermell) o el camp elèctric (verd). Vegeu la figura 4.
	Fig 4.

Camp a mostrar: pot ser el camp radiat o el camp estàtic.Vegeu la figura 5. Posicions electró: apareix el gràfic posició-temps dels dos electrons.Vegeu la figura 5.
	Fig 5.

1. Començarem fent oscil•lar l'electró de l'antena emissora amb el play. Observarem què passa a l'electró del receptor.
A continuació els alumnes hauran d'explicar el fenomen observat, identificar el tipus de moviment que tenen els electrons i representar al seu parer al gràfic posició-temps dels dos electrons i comparar-los.
També poden variar la freqüència i l'amplitud d'oscil•lació de l'electró emissor i treure'n conclusions.

2. Aquí comproven el seu gràfic amb el que dóna la simulació i en treuen les conclusions corresponents.

3. En l'apartat “Forces sobre l'electró” interessa que vegin el sentit de la força (en color vermell), que aquesta no és constant, que disminueix amb la distància i que la pertorbació es desplaça en forma d'ona.

4. En el següent apartat, “Camp elèctric radiat”, cal adonar-se que aquest va en sentit contrari a la força, que no és constant, que disminueix amb la distància i que també es pot representar en forma d'ona. Aquest és el camp interessant, és el que possibilita que a l’electró del receptor li arribi l’ona electromagnètica.(ona EM).

5. Pel que fa a “Camp elèctric estàtic” (malgrat la càrrega, està en moviment), es pot veure que la direcció és radial, que el sentit és cap a la càrrega negativa i que disminueix molt amb la distància, i que, per tant, no influeix en l'electró del receptor.

6. A “Camp total” es pot veure com les ones es propaguen per tot l'espai fins que arriben al receptor. De tota manera, aquest apartat pot confondre els alumnes; per tant, no és necessari fer-lo.

Orientacions tècniques

La miniaplicació està escrita en Java . Seguint l'enllaç trobareu ajuda.

 Autor d'aquesta pàgina: Mercè Griñó i Lladó, professora de Física i Química a l'INS Icària de Barcelona.

Aquesta obra està subjecta a una
Llicència de Creative Commons