lunes, 21 de noviembre de 2011

Frecuencia

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
1 \,\mathrm{Hz} = \frac{1}{\mathrm{s}} Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
f = \frac{1}{T}
 
Archivo:Sine waves different frequencies.svg
 
Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda
Frecuencias de ondas
 
Dos frecuencias, una de «ritmo» superior a la otra.
La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda):
f = \frac{v}{\lambda}
Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.
Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda.

Frecuencia de la corriente alterna

 
Voltaje y frecuencia:     220-240 V/60 Hz      220-240 V/50 Hz      100-127 V/60 Hz      100-127 V/50 Hz

Longitudes de onda

De acuerdo a lo indicado anteriormente, la longitud de onda tiene una relación inversa con la frecuencia, a mayor frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa. La longitud de onda λ (lambda) es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la frecuencia f:
{\lambda} = \frac{v} f
Una onda electromagnética de 2 milihercios tiene una longitud de onda aproximadamente igual a la distancia de la Tierra al Sol (150,000,000 millones de kilómetros). Una onda electromagnética de 1 microhercio tiene una longitud de onda de 0,0317 años luz. Una onda electromagnética de 1 nanohercio tiene una longitud de onda de 31,69 años luz.

 Física de la luz

Artículo principal: Radiación electromagnética
 
El espectro electromagnetico completo señalando la parte visible de la radiación electromagnética.
La luz visible es una onda electromagnética, que consiste en oscilaciones eléctricas y campo magnéticos que viajan por el espacio. La frecuencia de la onda determina el color: 4×1014 Hz es la luz roja, 8×1014 Hz es la luz violeta, y entre estos (en el rango de 4-8×1014 Hz) están todos los otros colores del arco iris. Una onda electromagnética puede tener una frecuencia de menos de 4×1014 Hz, pero no será visible para el ojo humano, tales ondas se llaman infrarrojos (IR). Para frecuencias menores, la onda se llama microondas, y en las frecuencias aún más bajas tenemos las ondas de radio. Del mismo modo, una onda electromagnética puede tener una frecuencia mayor que 8×1014 Hz, pero será invisible para el ojo humano, tales ondas se llaman ultravioleta (UV). Las ondas de frecuencia mayor que el ultravioleta se llaman rayos X, y con frecuencias más altas aún encontramos los rayos gamma.
Todas estas ondas, las ondas de radio de baja frecuencia hasta los rayos gamma de alta frecuencia, son fundamentalmente las mismas, y todas ellas son llamadas radiación electromagnética. Todas ellos viajan a través del vacío a la velocidad de la luz.
Otra característica de una onda electromagnética es la longitud de onda. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, por lo que una onda electromagnética con una frecuencia más alta tiene una longitud de onda más corta, y viceversa.

FRECUENCIA DE LA CORRIENTE ALTERNA


La frecuencia de la corriente alterna (C.A.) constituye un fenómeno físico que se repite cíclicamente un número determinado de veces durante un segundo de tiempo y puede abarcar desde uno hasta millones de ciclos por segundo o hertz (Hz).


En esta ilustración se puede observar a la izquierda, la representación gráfica de una onda sinusoidal de. corriente alterna con una frecuencia de un ciclo por segundo o hertz, mientras que a la derecha aparece.. la misma onda, pero ahora con cinco ciclos por segundo de frecuencia o hertz.


La frecuencia se representa con la letra ( f ) y su unidad de medida es el ciclo por segundo o hertz (Hz). Sus múltiplos más generalmente empleados son los siguientes:
  • kilohertz (kHz) = 103 hertz = mil hertz
  • megahertz (MHz) = 106 hertz = un millón de hertz
  • gigahertz (GHz) = 109 hertz = mil millones de hertz
La corriente alterna puede tener diferentes formas de onda, pero la más común es la que presenta una onda sinusoidal o senoidal por cada ciclo de frecuencia.

AMPLITUD DE ONDA


La amplitud de onda es el valor máximo, tanto positivo como negativo, que puede llegar a adquirir la sinusoide de una señal de corriente alterna. El valor máximo positivo que toma la amplitud de una onda senoidal recibe el nombre de "pico o cresta", mientras que el valor máximo negativo de la propia onda se denomina "vientre o valle". El punto donde el valor de la onda se anula al pasar del valor positivo al negativo, o viceversa, se conoce como “nodo” o “cero”.



PERÍODO DE LA CORRIENTE ALTERNA


El tiempo que demora cada valor de la sinusoide de corriente alterna en repetirse o cumplir un ciclo completo, ya sea entre pico y pico, entre valle y valle o entre nodo y nodo, se conoce como “período”. El período se expresa en segundos y se representa con la letra (T).



El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se puede representar por medio de la siguiente fórmula:


Por tanto, por medio de esta fórmula podemos conocer también cuál es la frecuencia de la corriente conociendo previamente el valor del período. Para ello despejamos ( f ) de la forma siguiente y el resultado se obtendrá en ciclos por segundos o hertz:


LOGITUD DE ONDA


La longitud de onda representa la distancia existente entre dos picos o crestas consecutivos, dos valles consecutivos o el doble de la distancia entre un nodo y otro de la onda sinusoidal o senoidal de una corriente alterna, medida en metros. La longitud de onda se representa por medio de la letra griega lambda ().

De acuerdo con la longitud que posea una onda sinusoidal, además del metro como unidad de medida, se utilizan también múltiplos, como el kilómetro (km) y submúltiplos como el centímetro (cm), el milímetro (mm) y el nanómetro (nm) (un nanómetro equivale a la millonésima parte de un metro = 10-9 metros = 0,000000001 m).
La longitud de una onda sinusoidal es inversamente proporcional a la frecuencia de la corriente. Es decir, a frecuencias muy bajas la onda puede alcanzar kilómetros de longitud entre cresta y cresta, mientras que a frecuencias más altas la distancia se acorta.

La frecuencia de la corriente que suministran los generadores o alternadores de las plantas eléctricas a las industrias y ciudades es, por ejemplo, de 50 ciclos por segundo o hertz (Hz) en Europa y de 60 ciclos por segundo o hertz en América. Para generar corrientes de 50 ciclos de frecuencia, los generadores tienen que girar a una velocidad constante de 3000 min-1 (revoluciones por minuto, o rpm) Si dividimos 3000 min-1 entre 60 segundos obtendremos como resultado 50 ciclos. Por otra parte, para obtener 60 Hz de frecuencia es necesario aumentar la velocidad de giro del rotor del generador o alternador hasta alcanzar 3600 rpm (3600 min-1 / 60 seg = 60 ciclos).

La unidad de medida de la corriente alterna se denomina hertz (Hz), en honor del físico alemán Heindrich Rudolf Hertz (1857 – 1894), quien descubrió el principio que rige la propagación de las ondas electromagnéticas, conocidas también como “ondas hertzianas”. Años más tarde el físico e inventor italiano Guglielmo Marconi, basándose en ese principio descubierto por Hertz, logró construir el primer transmisor de ondas de radio.

La frecuencia de la corriente alterna para uso industrial y doméstico ocupa sólo una pequeña porción del espectro de ondas electromagnéticas, correspondiente a las frecuencias extremadamente bajas, mientras que las de radio, televisión, microondas, rayos infrarrojos, etc., alcanzan valores de frecuencias mucho más altos.




 
 

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