Visualización de las ondas electromagnéticas en el intervalo de las Radio Frecuencias

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Título :	Visualización de las ondas electromagnéticas en el intervalo de las Radio Frecuencias
Autor :	Vazquez De La Rosa, Jaime Fabian
Fecha de publicación :	2016
Resumen :	En las licenciaturas de Física (Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica) se estudian los fenómenos electromagnéticos, tanto a nivel teórico como experimental. El objetivo de esta propuesta es aportar a los alumnos y profesores un método de visualización de las ondas electromagnéticas que sea atractivo y permita entender cómo éstas se transmiten en el aire. Como herramientas de transmisión se utilizarán generadores de ondas, amplificadores y antenas de RF para radiar al aire; para poder observar esta energía radiada se propone el encendido de lámparas fluorescentes de diferentes combinaciones de gases. Esto permitirá determinar la energía necesaria para ionizar dichos gases no habiendo conexiones entre la antena radiante y las lámparas mencionadas. Los estudiantes obtendrán conocimientos teóricos y experimentales de la forma en que las ondas electromagnéticas son radiadas y cómo viajan por el aire, cómo son capaces de interactuar con la materia y cómo pueden ser absorbidas por ésta. De igual forma, los alumnos obtendrán conocimientos y habilidades sobre el funcionamiento de una Cámara Semianecoica y la instrumentación de medición asociada a esta.
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5208
metadata.dc.contributor.responsible:	Vazquez De La Rosa, Jaime Fabian
metadata.dcterms.callforproject:	2016
metadata.dc.coverage.temporal:	2016-2017
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura nivel superior
metadata.dc.description.objective:	Mejorar el entendimiento de la propagación de ondas EM de RF al incidir sobre medios que sirvan como indicadores visuales, en nuestro caso lámparas fluorescentes. Los alumnos podrán observar cualitativamente la energía emitida por una antena de RF en forma de iluminación de una lámpara fluorescente. Los alumnos comprenderán cómo las ondas electromagnéticas son radiadas y permiten la comunicación a distancia. Los alumnos mejorarán sus habilidades en el manejo de herramientas sofisticadas de medición. Comprenderán la utilidade de las Cámaras Semianecoicas como herramientas para el diseño, experimentación y validación de dispositivos que emitan energía al aire.
metadata.dc.description.hypothesis:	Si realizamos experimentos de transmisión de ondas de RF sobre lámparas fluorescentes, variando la frecuencia, amplitud y tiempos de exposición, entonces podemos determinar las condiciones en las que podemos ionizar el gas contenido las lámparas sin necesidad de conectarla a alguna fuente de energía.
metadata.dc.description.strategies:	1. Se diseñará un manual de conexiones de los equipos necesarios para radiar ondas de RF al aire, desde generador de RF, amplificador y antenas, lo que minimizará daños a los equipos y ayudará en la detección de errores en el proceso de experimentación. 2. Se realizarán experimentos dentro de la Cámara Semianecoica de la FC-UNAM donde se varíen tanto la frecuencia como la intensidad de las ondas generadas; aunado a esto se variará la distancia a la que se sitúen las lámparas fluorescentes para determinar intervalos de operación donde estemos seguros que los gases de las lámparas se ionizarán, con esto daremos una guía clara a los alumnos al momento de ejecutar sus experimentos. 3. Se probarán lámparas de argón y neón con los parámetros anteriores, para determinar la energía necesaria para ionizar cada uno de los gases. 4. Complementariamente se realizarán experimentos de tiempo de exposición con una baja intensidad de las ondas de RF. Esto nos permitirá que el alumno comprenda que la energía depositada depende del tiempo de duración de la excitación. 5. Una vez que se tengan determinadas las condiciones bajo las cuales habrá ionización de los gases, los experimentos mencionados anteriormente serán cuantificados por medio de la medición del campo eléctrico en el punto donde se coloca la lámpara. Utilizaremos una sonda isotrópica para campo eléctrico y puntas de RF para campo cercano. Propondremos la medición en un ambiente cotidiano y en condiciones de ruido electromagnético controlado (Cámara Semianecoica), se aplicará estadística descriptiva para determinar los valores centrales de medición y la correspondiente desviación estándar de tal modo que los alumnos observarán la necesidad y ventajas de trabajar en ambientes controlados. 6. Se programará una pequeña interfaz de control para la ejecución de los experimentos, donde de forma remota se podrá habilitar o deshabilitar los instrumentos, se podrá variar la frecuencia de la onda de RF generada, la amplitud y el tiempo de exposición. Esto no sustituye a la experimentación de variar los parámetros directamente en los instrumentos, pero dotará de conocimiento a los alumnos de la ejecución de experimentos automatizados. 7. Se reportarán en forma de manual, las técnicas que hayan sido las más didácticas y que se sugiere seguir para la realización del experimento.
metadata.dc.description.goals:	1.Se terminará un manual que describa las conexiones correctas que deben realizarse para poder radiar ondas al aire. Se comenzará por la descripción de la función de los instrumentos principales: generador, amplificador(es) y antena. Se hará principal énfasis en las frecuencias de operación de cada uno de los elementos. Se describirán las fallas más comunes y sugerencias para detección de errores. 2.Se diseñará la práctica de Ionización de gases por medio de RF. Se describirán las directivas pertinentes para los alumnos, de tal forma que se les sugieran intervalos para la variación de parámetros, tanto de frecuencia, amplitud de las ondas emitidas y tiempo de exposición. Dicha práctica irá acompañada con una introducción de lo que es una Cámara Semianecoica y las formas correctas de trabajo dentro de este recinto. 3.Se concluirá una tesis de licenciatura y se titulará a un alumno por medio del mecanismo de extensión de servicio social. La primera plantea mecanismos para medir de forma puntual la cantidad de energía radiada a cierto punto del espacio, de esta forma podemos cuantificar la energía que ionizará los gases contenidos en las lámparas fluorescentes. El alumno desarrollará sensores de campo eléctrico que sean capaces de trabajar en bandas de frecuencia determinadas, en este caso será a 128MHz y 300MHz como bandas de uso médico y 2.4GHz como banda de comunicación wireless. Este proceso le llevará entre 3 y 4 meses. Considerando el tiempo de escritura de la tesis, el alumno estará solicitando su examen profesional en Octubre de 2016. La titulación por servicio social referida considera el desarrollo e implementación de la interfaz de control para los experimentos descritos en el presente proyecto, dado que es una extensión de servicio social y el alumno muestra amplio conocimiento en programación , se contempla que su labor culmine en el periodo de julio-agosto de 2016. 4. Se mostrarán de forma cualitativa los resultados de los experimentos al público interesado participando en foros de difusión como jornadas de orientación vocacional, por ejemplo los eventos "Al encuentro del mañana" y de Puertas Abiertas en la Facultad de Ciencias. Desde la perspectiva presentada en los experimentos, se contempla que sea muy atractivo para el público interesado en los fenómenos electromagnéticos dado que observarán lámparas de distintos colores encenderse, y podrán cuestionarse, por una parte por qué una lámpara es capaz de encender sin una conexión como normalmente se observa en las instalaciones eléctricas; y por otro lado se preguntarán cómo son capaces las ondas de viajar por el aire. 5.Los análisis cuantitativos de la energía que llega a las lámparas a una determinada distancia serán reportados en forma de un trabajo de congreso, ya sea para el Congreso Nacional de Física (Octubre 2016) o para el Congreso Internacional de Ingeniería Física (Noviembre 2016). 6. Se entregará la interfaz desarrollada, que será una herramienta computacional que asistirá a los alumnos en el desarrollo del experimento de ionización de gases por medio de ondas de radio frecuencia, permitiéndoles variar de forma remota los parámetros de frecuencia, amplitud y tiempo de duración de las ondas emitidas. Además de que será un software abierto y documentado que se irá mejorando con los comentarios de la experiencia de los alumnos y profesores, permitirá tener el control de la ejecución de experimentos, de tal forma de que tendrá la posibilidad de guardar datos, hacer un conteo de usuarios del sistema desarrollado, y en caso de ser necesario emitirá alertas y no permitirá la ejecución de pruebas que pudieran ser riesgosas tanto para los instrumentos del laboratorio como para los usuarios. 7. Se someterá el trabajo realizado en forma de artículo de educación a la revista Physics Education del IOPscience o a la Revista Mexicana de Física parte E. Para este punto se reportarán las técnicas de ejecución del experimento, así como los anál
metadata.dc.description.selfAssessment:	El proyecto fue desarrollado con éxito, las metas planteadas se completaron satisfactoriamente, falta completar al 100% uno de los entregables planteados, que es una tesis de licenciatura. A lo largo del desarrollo del presente proyecto pudimos recibir retroalimentación que nos permite visualizar un impacto importante de los experimentos planteados en la educación de los alumnos no sólo de las licenciaturas del Departamento de Física, sino también del área de Ciencias Biológicas al querer conocer más sobre el impacto que tienen las ondas de RF sobre el ser humano. También hay interés de alumnos de Ciencias de la Computación, así como de Ingenierías de otras Facultades que quieren entender los fenómenos observados y adentrarse en la parte tecnológica del experimento. Lo anterior nos permite plantear que alcanzamos los objetivos enunciados y que a futuro existirán más productos derivados del presente apoyo.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	1. Se concluyó el manual que describe los principios físicos y las conexiones necesarias para llevar a cabo el experimento de Ionización de Gases por Radio Frecuencia. 2. Se concluyó la práctica que describe los conocimientos y experiencias que el alumno adquirirá al desarrollar el experimento planteado. 3. Una tesis se encuentra en etapa de conclusión. La otra tesis se encuentra en un 70% de avance. 4. Se participó en el evento "Al encuentro del mañana" mostrando las experiencias del experimento planteado. También se tuvo participación en las Jornadas de Orientación Vocacional en le Facultad de Ciencias. 5. Se participó en el Congreso Internacional de Ingeniería Física, con una presentación oral de los diseños de sensores de campo que servirán para cuantificar la energía que llega a las lámparas para ionizarlas. También se tuvo participación en el congreso Progress in Electromagnetics Research, con el diseño y construcción de un sensor de campo eléctrico miniaturizado. 6. Se concluyó la interfaz de ensayos de experimentos para ionización de gases por RF. Los usuarios deben registrarse para llevar a cabo su experimento, esto permitirá dar un seguimiento del impacto que tendrá el experimento planteado. 7. Se publicó un artículo que fue arbitrado por el comité editorial del Congreso Internacional de Ingeniería Física y lleva por nombre: Numerical analysis of the concentric ring number for electric field sensing with a Split-Ring Resonator metamaterial. DOI: 10.1088/1742-6596/792/1/012086
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Ciencias
metadata.dc.subject.DGAPA:	Física
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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