Pr1 Ej6

Pr1 Ej6

de Valentina Chagas Bas -
Número de respuestas: 4

Buenas, estaba haciendo este ejercicio y me surgió una duda. 

Determiné que se trataba de una onda TE ya que Hz=/0 (descarto TEM) y  Ez=0 (descarto TM).

Sin embargo no comprendo bien como determinar el modo. 

Tome Hz de ejemplo. Haciendo algunas cuentas con las ecuaciones generales de TE para que quede como en el dibujo yo asumi que arranco con fase -pi y Hx queda con esa forma de seno positivo y Hz=0. 

Luego en pi/2 tengo que Hx=0 y que Hz queda con forma de un coseno y para que quede positivo en x=a (como en el dibujo), tengo cos(mpi) que sera negativo si m es impar y por lo tanto Hz>0. Entonces el modo tiene que ser impar. Luego ya no se como determinarlo mas.

Alguna ayuda?

Gracias!!


En respuesta a Valentina Chagas Bas

Re: Pr1 Ej6

de Juan Pablo Gonzalez Rivero -

Hola Valentina, cómo te va?


Es efectivamente TE como tu dices. 

Respecto del modo, ten en cuenta que los índices m,n que identifican el modo tienen que ver con cuantas semilongitudes de onda caben entre las paredes las placas. 

En el dibujo se nota que solo entra una semilongitud de onda en la dirección x (que corresponde al índice m), eso lo puedes ver en el dibujo de arriba a la derecha. Por lo tanto m=1

En cuanto a la dirección y (que corresponde al índice n) el campo es constante al moverte en la coordenada y, por tanto corresponde a n=0 (para que el cos(n pi y/b)=1).

Finalmente puedes concluir que es TE10

En respuesta a Juan Pablo Gonzalez Rivero

Re: Pr1 Ej6

de Valentina Chagas Bas -
Hola! No sabia eso de los indices m,n. Sabes si esta en el teorico? Lo busque en el 3.1 pero no lo encontre.
Para m tengo que ver las semilongitudes de onda de E en cualquien coordenada pero en la direccion x? Por ejemplo aca veo Ey. Cual es la razon?
Para n siempre me fijo que el campo electrico sea constante en y?
Como puedo buscar dibujos de TM, TE, TEM de distintos modos? Lo busco en google pero no me aparecen dibujos como estos.
Gracias por tu respuesta. Saludos!
En respuesta a Valentina Chagas Bas

Re: Pr1 Ej6

de Juan Pablo Gonzalez Rivero -

Hola Valentina,


Si capaz sembré confusión porque los indices m,n de los modos de transmisión los vemos en Guías de Ondas.

El ejercicio 6 en realidad es un par de placas paralelas. Allí solo debes considerar semilongitudes de onda en la dirección x, esto corresponde al índice m. Es importante no confundir la dependencia funcional del campo de la variable espacial x  con la componente de campo en la dirección x, E(x,y,z,t) = (Ex(x,y,z,t),Ey(x,y,z,t),Ez(x,y,z,t)). Lo que miramos para saber los modos son las semilongitudes de onda que aparecen en alguna de las componentes del campo como funcion de las variables espaciales.

En un par de placas paralelas como las del problema, solo hay dependencia espacial con la variable x  (E = Ey(x,t))

Como no existe una solución que implique una dependencia espacial en la variable y salvo la constante (si nos desplazamos con x,y,z tal que x, z constantes e y variable, el vector campo electrico no cambia en ninguna de sus componentes) entonces se asigna el índice n=0 (esto es mas claro en el caso de una guía donde sí hay soluciones que varian en y)

Entonces para saber el índice n (en el caso de guías de ondas que vas a ver en la el capitulo 4 del teórico) miras cuantas semilongotudes de onda entran en la solución que depende funcionalmente de la variable espacial y, cualquiera sea le componente de campo eléctrico que dependa de esta variable (Ex, Ey, Ez). Ejemplo: Si tuviésemos  E(x,y,z,t) =(Eo.sin(3 pi y / b), 0, 0) e^(wt - kz) tenemos 3 semilongitudes de onda en el espacio entre [0,b] de la dimension espacial y, entonces n=3 a pesar de que la componente de campo que varia con y es Ex.

Los dibujos podrías intentar buscarlos en algun libro/paper de guías de ondas, tal vez en wolfram alpha, tambien podrías ver si los puedes graficar con algun lenguaje de programación que sepas usar, pero lo recomendable para entrenarte y comprenderlo bien es que intentes graficarlos tu a partir de la solución analítica.

El procedimiento es el siguiente:

1) Tu tienes la solución para E y para H como 6 funciones de x,y,z,t de valores complejos.

Lo que se grafíca en esos dibujos es la intensidad o módulo de algunos de los componentes de E (Ex, Ey, Ez) y/o de H (Hx, Hy, Hz), en cierto instante de tiempo fijo, por poner algo, t=0 pero podría ser cualquier valor de t.

2) Una vez elijas que plano dibujar, por ejemplo el x,z o el y,z o el x,y fijas un valor cualquier constante para el corte. Si eliges el plano x,z, puedes tomar y = 0, o y = b/2, o cualquier otro valor que te facilite hacer el dibujo sin que justo te anule todo.

3) Si elegiste x,z para seguir el ejemplo vas a poder dibujar las componentes Ex, Ez, Hx, Hz como vectores en el plano, o Ey y Hy como vectores entrantes o salientes.

4) La idea entonces es tomar algunos puntos en el plano x,z como referencia para dibujar el valor de vector a partir de ese punto y ver hacia donde apunta, luego interpolas para completar el dibujo en forma continua. Intentalo y lo vas a ir viendo.

Es util en este punto fijar por ejemplo otra condenada, por decir algo la z por ejemplo y ver como varia el modulo de la componente de campo que quieres dibujar al moverte en la única coordenada que te queda libre (x en este ejemplo) puedes por ejemplo ver cuantas veces pasa por 0, donde es máximo, si cambia de signo (y por tanto de sentido).

5) Cuando dibujas más de una componente de campo sea de E de H o combinando E y H debes tener en cuenta no solo como cambia respecto a la posición espacial sino también ver que al ser expresiones complejas y los campos físicamente son magnitudes reales, hay que tener en cuenta que si aparece la unidad imaginaria como factor eso implica un retardo de fase, así que por ejemplo en un hipotético caso simplificado donde  E = (A cos(x), jBcos(x), 0) e^j(wt-kz). vemos que las partes reales para t=0 son: ( Re(A) cos(x) cos(-kz), Re(B) cos(x) cos(-kz+pi), 0 ) = ( Re(A) cos(x) cos(kz),  - Re(B) cos(x) sin(kz), 0 )

Esto muestra que en en el plano x,z la componente Ex se hace maxima para (cos(kz)) cuando la Ey se anula (sin(kz)) y si no considerabas la fase equivocadamente podrías pensar que iban sincronizadas.

Es más dificil explicarlo que hacerlo, pero la conclusion es acotar el caso a tiempo fijo, pocas variables, y pocas componentes a la vez, per puntos de referencia y gráfica como cambia el valor real de los componentes al mover alguna variable, luego usar la capacidad artística para que quede lindo y sea visible. Pero no es mas que seguir sistemáticamente esta idea.

Espero que haya ayudado.