EJERCICIO 2.4

EJERCICIO 2.3

EJERCICIO 2.2

Histéresis

Histéresis

Cuando un material ferromagnético, sobre el cual ha estado actuando un campo magnético, cesa la aplicación de éste, el material no anula completamente su magnetismo, sino que permanece un cierto magnetismo residual.

Para desimantarlo será precisa la aplicación de un campo contrario al inicial.

Este fenómeno se llama HISTERESIS magnética, que quiere decir, inercia o retardo.

Los materiales tiene una cierta inercia a cambiar su campo magnético.

La figura representa el llamado CICLO DE HISTERESIS (también lazo o bucle de histéresis) de un determinado material magnético.Se supone que una bobina crea sobre dicho material magnético una intensidad de campo H, el cual induce en ese material magnético una inducción (valga la redundancia) de valor B.

Así a una intensidad de campo H0 le corresponderá una inducción de valor B0.

Si ahora aumenta H (aumentando la corriente que circula por la bobina) hasta un valor H1, B también aumentará hasta B1. (Ver figura) 

Pero si ahora restituimos H a su valor inicial H0 , B no vuelve a B0 , sino que toma un valor diferente B2. (Obsérvese que el camino "a la ida" es distinto que "a la vuelta" lo que implica que para restituir la inducción en el núcleo a su primitivo valor, es preciso aplicar una corriente suplementaria de signo opuesto).

Cada material tiene su propio lazo de histéresis característico. Hay veces en que interesa acentuar la histéresis, como ocurre en los núcleos de las memorias magnéticas, por lo que se fabrican ferritas doc ciclo como el de la figura siguiente:

Otras veces por el contrario, como ocurre en la mayoría de las máquinas eléctricas (transformadores, motores, generadores), interesa un núcleo cuyo ciclo de histéresis se lo más estrecho posible ( el camino "a la ida" coincida con el camino "a la vuelta") y lo más alargado posible (difícilmente saturable), como el de la figura siguiente:

Esta pretensión tiene su razón de ser. 

En efecto:

se invierta una potencia exclusivamente en magnetizar el núcleo, esta potencia no tiene ninguna otra aplicación práctica, por lo que se puede hablar de potencia perdida en imantación del núcleo y, efectivamente, se consideran las llamadas PERDIDAS POR HISTERESIS. Como quiera que éstas resultan ser directamente propocionales al área del lazo de histéresis, interesa pues que esta área sea lo menor posible.

Modo TEM

MODO TEM

El modo transversal de un frente de onda electromagnética es el perfil del campo electromagnético en un plano perpendicular (transversal) a la dirección de propagación del rayo. Modos transversales ocurren en las ondas de radio y microondas confinadas en una guía de ondas, como también la luz confinada en una fibra óptica y en el resonador óptico de un láser.

Los modos transversales son debidos a las condiciones de frontera impuestas por la guía de ondas. Por ejemplo una onda de radio que se propaga a lo largo de una guía hueca de paredes metálicas tendrá como consecuencia que las componentes del campo eléctrico paralelas a la dirección de propagación (eje de la guía) se anulen, y por tanto el perfil transversal del campo eléctrico estará restringido a aquellas ondas cuya longitud de onda encaje entre las paredes conductoras. Por esta razón, los modos soportados son cuantizados y pueden hallarse mediante la solución de las ecuaciones de Maxwell para las condiciones de frontera adecuadas.

Un modo TEM se caracteriza por el hecho de que tanto el campo eléctrico, como el campo magnético que forman la onda son perpendiculares a la dirección en que se propaga la energía; sin existir, por tanto componente de los campos en la dirección axial (dirección en que se propaga la energía).

Para que existan propagación energética en modo TEM, es necesario que existan al menos dos conductores eléctricos y un medio dieléctrico entre ambos (que puede incluso ser aire o vacío). Ejemplos de líneas de transmisión son el cable bifilar, el cable coaxial, y líneas planares tales como la stripline, la microstrip...

Cuando el modo de propagación es TEM, se pueden definir, sin ambigüedad, tensiones y corrientes, y el análisis electromagnético de la estructura (estudio de campos) no se hace imprescindible, siendo posible una representación circuital con parámetros distribuidos, tal y como aquí se trata con posterioridad.

Así podemos decir que el modelo circuital equivalente de un tramo de línea de transmisión ideal de longitud infinitesimal dz está compuesto por una bobina serie que representa la autoinducción L de la línea de transmisión por unidad de longitud (medida en H/m), y un condensador en paralelo para modelar la capacidad por unidad de longitud C de dimensiones F/m.

Cuando la línea de transmisión introduce pérdidas, deja de tener un carácter ideal y es necesario ampliar el equivalente circuital anterior añadiendo dos nuevos elementos: una resistencia serie R, que caracteriza las pérdidas óhmicas por unidad de longitud generadas por la conductividad finita de los conductores, y que se mide en Ω/m, y una conductancia en paralelo G, con dimensiones de S/m (o Ω-1m-1), para representar las pérdidas que se producen en el material dieléctrico por una conductividad equivalente no nula.

Linea Balanceada y Desbalanceada

Lineas de transmisión: balanceada y desbalanceada

Las líneas de transmisión se clasifica generalmente como balanceadas o desbalanceadas. Con líneas balanceadas de dos cables, ambos conductores llevan una corriente; un conductor lleva la señal y el otro es el regreso.

Este tipo de transmisión se llama transmisión de señal y el otro es el regreso. Este tipo de transmisión se llama transmisión de señal diferencial o balanceada.

La señal que se propaga a lo largo del cable se mide como la diferencia de potencial entre los dos cables. Las corrientes que fluyen en direcciones opuestas por un par de cable balanceados se les llaman corriente de circuito metálico.

Las corrientes que fluyen en las mismas direcciones se le llama corriente longitudinales. Un par de cables balanceados tiene la ventaja que la mayoría de la interferencia por ruido (voltaje de modo común) se induce igual mente en ambos cables, produciendo corrientes longitudinales que se cancelan en las carga.

Cualquier par de cable puede operar en el modo balanceado siempre y cuando ninguno de los dos cables esté con el potencial a tierra. Esto incluye al cable coaxial que tiene dos conductores centrales y una cubierta metálica.

La cubierta metálica general mente se conecta a tierra para evitar interferencia estática al penetrar a los conductores centrales. Con una línea de transmisión desbalanceada, un cable se encuentra en el potencial de tierra, mientras que el otro cable se encuentra en el potencial de la señal.

Este tipo de transmisión se le llama transmisión de señal desbalanceada o de terminación sencilla. Con la transmisión de una señal desbalanceada, el cable de la tierra también puede ser la referencia a otros cables que llevan señales.

LINEAS BALANCEADAS

En las líneas balanceadas de dos alambres ambos conductores llevan corriente: el primero lleva la señal y el segundo la regresa. Este tipo de transmisión se denomina transmisión diferencial o balanceada de señal. La señal que se propaga por el alambre se mide como diferencia de potencial entre los dos conductores. La figura muestra un sistema de transmisión balanceado. Ambos conductores de una línea balanceada conducen corriente de señal, y las corrientes tienen igual magnitud con respecto a la masa o tierra eléctrica, pero viajan en direcciones opuestas. Las corrientes que fluyen en direcciones opuestas en un par balanceado de alambres se llaman corrientes de circuito metálico. Las corrientes que tienen las mismas direcciones se llaman corrientes longitudinales. Un par balanceado de alambres tiene la ventaja de que la mayor parte del ruido de interferencia (que a veces se llama voltaje de modo común) se induce por igual en ambos conductores, y produce corrientes longitudinales que se anulan en la carga. La anulación de las señales de modo común se le llama relación rechazo de modo común (CMRR, de common-mode rejection ratio). Siendo comunes las relaciones de 40 a 70 dB.

LINEA DESBALANCEADA

En la transmisión desbalanceada, el conductor conectado a tierra puede ser también el nivel de referencia para otros conductores portadores de señal, esto origina a veces problemas debido a que se pueden presentar inductancias y capacitancias y con ello el surgimiento de pequeñas diferencias de potencial entre cualquiera de los conductores de señal y el conductor de tierra; como consecuencia de no tratarse de un punto de referencia perfecto induciéndose pequeños niveles de ruido en él.

La figura siguiente muestra dos sistemas desbalanceados de transmisión. La diferencia de potencial en cada alambre de señal se mide entre él y la tierra. Las líneas de transmisión balanceadas se pueden conectar a líneas desbalanceadas, y viceversa, con transformadores especiales llamados balunes.

BALUNES

Cuando se desea conectar sistemas balanceados con sistemas desbalanceados se requiere de un dispositivo especial denominado Balún (balanceado a desbalanceado, de balanced to unbalanced). Un ejemplo clásico de este tipo de situación común es cuando se tiene una línea de transmisión desbalanceada, como un cable coaxial conectado con una carga balanceada como una antena mediante un transformador especial el cual cumple la función de Balún.

A frecuencias relativamente bajas se puede usar un trasformador ordinario para aislar la tierra de la carga, como se ve en la figura siguiente. El balún debe tener un blindaje electrostático conectado a tierra física para reducir al mínimo los efectos de las capacitancias parásitas. Cuando las frecuencias son relativamente altas se utilizan Balunes de diferentes tipos según la línea de transmisión.

El más común es el balún de banda angosta, que a veces se llama choke, forro o balún bazuca, y se ve en la figura siguiente. Un choke de cuarto de onda se instala en torno al conductor externo de un cable coaxial y se conecta con él. Así, la impedancia que se ve hacia la línea de transmisión se forma por el choke y el conductor externo, y es igual a infinito, es decir, el conductor externo ya no tiene impedancia cero a tierra. Por lo anterior, un alambre del par balanceado se puede conectar con el choke sin poner en corto la señal. El segundo conductor se conecta al conductor interno del cable coaxial.

Ángel Zapata Ferrer

ÁNGEL ZAPATA FERRER

Era ingeniero en Comunicaciones y Electrónica, investigador Nacional Nivel II y candidato a doctor en Ingeniería Biomédica. Fue cantautor y tocar el piano y la guitarra; señaló que por la década de los cuarenta se presentó en teatros de Tijuana y Los Ángeles, las radiodifusoras XEQ, XEW, XEX y en diversos centros nocturnos como el Ciro’s del Hotel Reforma, El Patio, El Bagatelle, y el Sutter Theatre de San Francisco, California.

Inicié mis estudios técnicos en 1946 en la ciudad de México, ingresé a la ESIME Allende en la carrera de Técnico en Telecomunicaciones. De 1946 a 1952 combiné mis estudios con la vocación artística que desde joven tengo. Fue muy difícil conjugar dos actividades tan disímiles aunque interesantes: el arte y estudiar en el Instituto Politécnico Nacional.

¿Por qué abandonó su actividad artística y se dedicó a la ciencia y la tecnología?

Es una pregunta difícil de contestar ya que influyeron varios factores. En esa época componía canciones, y un día, un señor, del cual no te diré su nombre, me habló de su difícil situación económica; le proporcioné dos canciones de mi autoría para que pudiera conseguir trabajo; estas canciones, sobre todo una de ellas, fueron un éxito y se grabaron en toda América Latina, pero jamás vinculó mi nombre al suyo como autor de las mismas. Esto me decepcionó y decidí trabajar como ingeniero técnico en la primera compañía que se instaló en México para el mantenimiento de televisores. Otro factor fue que me casé con mi primera esposa cubana y me fui a Cuba con ella.

¿Cómo ingresó a la planta docente de la Universidad de La Habana?

De 1952 a 1959, trabajé en un pequeño taller de mantenimiento a equipos electrónicos y de televisión; uno de mis empleados, sin saberlo yo, apoyaba al Movimiento 26 de Julio; por él conocí la represión de la dictadura del general Fulgencio Batista. Al triunfo de la Revolución Cubana, este joven me propuso trabajar como profesor en el Ministerio de Comunicaciones, lo cual acepté. Ahí diseñé un sistema de comunicaciones para la enseñanza de la telegrafía y la radiotelegrafía. Gracias a este diseño, el Ing. José Altshuler, en ese momento vicerrector de la Universidad de La Habana, me sugirió trabajar en la Escuela de Física, pues conseguir profesores era de primordial importancia dado el incremento del alumnado y el éxodo de profesionales docentes disidentes de la Revolución. ¿Cómo se inició en el área de la electrónica aplicada a la medicina? En mi paso por la Universidad de La Habana, de 1961 a 1966, estudié en la Facultad de Ingeniería la carrera de Ingeniería Eléctrica, con especialidad en Electrónica. En 1964, los doctores Rubén Martí del Castillo, Francisco Auchet Jenkins –grandes amigos de la Escuela de Física– y yo, preparamos el primer curso de electro medicina; con ello incursionamos en el área de la Bioingeniería, antes de que lo hicieran otros países latinoamericanos.

¿Valió la pena haber estado fuera de su país diecinueve años?

Claro que sí; además de vivir momentos cruciales de la Revolución Cubana, adquirí numerosos conocimientos científicos y, como sabes, me divorcié de mi primera esposa, me volví a casar y tuve dos hijas: Solangel y tú, mi hija de crianza. Toda esta experiencia me sirvió de regreso a México, donde el Dr. Augusto Fernández Guardiola, jefe de Investigaciones Cerebrales del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía, me acogió; después, ambos continuamos nuestra labor científica en el Instituto Nacional de Psiquiatría; a él le estoy agradecido; asimismo a los funcionarios del Politécnico quienes me brindaron la oportunidad de ser docente en mi Alma Mater.

¿Cuáles son las aportaciones científicas y/o tecnológicas que ha desarrollado?

Brevemente te diré que un aparato para medir el umbral del dolor térmicocutáneo; un fotoestimulador programable; un aparato para tratar el dolor crónico y otro para el análisis de la conducta en animales; un minilaboratorio de varios módulos para ser usado en trabajos de investigación; y dos sistemas: uno electrónico para registrar y estimular a través del mismo electrodo y otro de biorretroalimentación. También, con apoyo del Instituto Mexicano de Psiquiatría y el propio CONACYT, se desarrolló un aparato para detectar la llegada del ataque epiléptico y alertar al sujeto mediante un estímulo acústico. Asimismo, participé en un proyecto del INAH y CONACYT referente al fechado arqueológico. De 1978 a 1981, en el Centro Nacional de Instrumentación realicé trabajos de investigación con cámara de niebla de difusión, los cuales sirvieron de referencia para el trabajo de fechado arqueológico. Fui presidente del Capítulo de Ingeniería y Medicina del Instituto de Ingenieros, IEEE (Sección México) y miembro activo de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Biomédica.

¿Y en el IPN cuál es su trayectoria?

A mi querido Politécnico ingresé en 1973 con trabajos de docencia y de investigación; fui asesor de la Dirección General del Instituto; y en la ESIME Zacatenco inicié los trabajos de Bioingeniería y apoyé a los alumnos en la creación del Taller Libre de Electrónica, donde elaboramos circuitos electrónicos y construimos los paneles para realizar las prácticas. De 1981 a 1983, colaboré en la División de Enseñanza y Docencia con la elaboración de apuntes de Bioelectrónica; y en la ESIME Culhuacán, de 1983 a 1986 en el diseño y construcción de un sistema para la enseñanza de la física (mecánica) por métodos electrónicos. Asimismo, estuve en la Jefatura del Taller de Alumnos, donde desarrollamos la infraestructura e impulsamos la investigación tecnológica.