SEMAFORO

CIRCUITOS

EVALUACIONES

EJERCICIOOS



1 ) Convertir a base 8 y base 16
1155 base 10 y 2222 base10
2) 1110000 base2 a base10
3) Sumar: 11110111+1010111=
4) Restar: 14E - 14d =
5) Multiplicar :1110110 x 1010=
SOLUCIONES
1) 1155 en base 8 =2203 y en base 16 =483
2222 en base 8 =4256 y en base 16 =8AE
2)=112
3)= 101001110
4)=1
5)= 10010011100

Lista de chequeo para herramientas

HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN LA INSTALACION DE UNA RED

evidencia de soldado

soldando la board

nuestro intructor

guia para soldar

Como soldar (guía básica)
Esta guía ha sido cedida por su autor (Cold_fire) a Hardcore-Modding. Originalmente fue escrita para Elotrolado.net
Si quieres empezar algún pequeño proyecto de electrónica o instalar tu mismo el modchip de tu consola, probablemente necesitarás saber soldar. “Eso quema”, “y si lo jodo”… no hay excusa para al menos intentarlo, aprender a soldar no es difícil y te abre las puertas de hacer chapuzas varias
Antes de empezar me gustaría dejar claro que esto es una guia solo para empezar, leer esto no te da la habilidad necesaria para soldar nada. No me responsabilizo de "he seguido tu guia de soldadura y he roto la consola"...

¿Qué es soldar? ¿Qué necesito para soldar?

Soldar no es mas que unir dos metales de forma que queden físicamente unidos; electrónicamente hablando, no es más que la creación de un punto de conexión eléctrica. A la zona de unión se añade estaño fundido el cual, una vez enfriado, constituye la unión.
Para soldar necesitamos básicamente las dos partes a unir, un soldador y estaño.

Soldador.
Hay muchos tipos de soldador, pero para soldadura electrónica la opción es clara: tipo Lápiz. La punta es fina, lo cual facilita las soldaduras pequeñas y precisas. Cuando compres un soldador, la característica básica que debes tener en cuenta es su potencia. Para soldadura electrónica de 15 a 25 W es lo recomendado, más potencia es innecesaria y solo te ayudará a ponerte más nervioso por el calor, sobre todo cuando estés aprendiendo. Para empezar, cualquier modelo genérico de esa potencia te sirve. Con genérico me refiero a un soldador de marca desconocida que es simplemente eso, un soldador .Comprueba la potencia y que la punta sea fina y tenga forma de lápiz... Si más adelante le coges practica y sigues soldando, puedes adquirir un soldador de calidad, como JBC (mi recomendación es el modelo 14s). ¿Precios? Desde unos 8 - 10 € puedes encontrar soldadores, el precio va subiendo acorde con la calidad, el JBC que mencionaba antes ronda los 30 €.

Soldador "genérico":

Incluyo también en este apartado un accesorio barato y realmente útil que te gustara tener: un soporte para el soldador. La punta del soldador puede estar a una temperatura de unos 350º C, probablemente no quieres tener eso suelto encima de la mesa. No sería la primera vez que alguien no demasiado acostumbrado a soldar tantea con la mano en la mesa buscando un destornillador y lo que encuentra es el soldador... donde compres el soldador te pueden vender soportes del estilo del de la foto rondando los 3 – 5 €. Merece la pena adquirir uno. Con esto hay una cosa curiosa, y es que los soportes JBC cuestan casi lo mismo que el soldador por alguna razón que aun no comprendo… con el barato vas sobrado



Estaño.

Lo que llamamos “estaño” no es realmente estaño sin más; es una aleación de estaño y plomo (la proporción mas adecuada normalmente es de 60% y 40 % respectivamente). Para hacer buenas soldaduras se necesita además de estaño, “resina” o “pasta de soldar”. En la mayoría de los casos ya viene añadida en el estaño, por lo que no hay que preocuparse por ello.



En la etiqueta del rollo de estaño de la imagen podemos ver dos caracteristicas importantes:
* La composición, de la que te hablé antes. Sn62Pb36Ag2 significa que ese hilo de estaño tiene un 62% de Estaño, un 36% de Plomo y un 2% de plata. A mí personalmente ésta composición me da buenos resultados.
* El diámetro del hilo, 0.5 mm en este caso. Mi recomendación es que uses hilo cuyo diámetro esté comprendido entre 0.5 y 1 mm, es lo más cómodo.

Soldadura.
Lo básico que debemos conocer:

* Las partes a soldar deben estar lo más limpias posible. Tal vez sea ponerse un poco quisquilloso, pero es así, a menos restos de suciedad en las partes a soldar, más fácil resultará la soldadura y mas fiable y duradera resultará ésta.

* Hay que mantener el soldador

impio. Para eso sirve la esponja que visteis antes en la foto del soporte del soldador. Esa esponja se humedece y, cada cierto tiempo, se pasa sobre ella ligeramente la punta del soldador, girándolo, para mantener la punta limpia.

Procedimiento:

Poner las dos partes a unir en contacto. Soldar al aire o querer rellenar “rajas” o “huecos” con estaño para hacer la conexión produce malas soldaduras, que pueden partirse fácilmente. En ciertas posiciones o soldaduras puede resultar difícil mantener las dos piezas en contacto e inmóviles, sobre todo si estás aprendiendo. Puedes usar pinzas, alicates o lo que creas conveniente para mantener las piezas en una buena posición.

Ahora hay que aplicar el soldador. Como las dos partes a soldar están en contacto, debe resultarnos fácil aplicar la punta del soldador y calentar ambas partes por igual. Ahora es cuando debes gastar cuidado: las dos partes se van a calentar poco a poco, casi alcanzando la temperatura de la punta del soldador.

Entonces aplicamos el estaño a la unión, intentando que sean las partes a unir las que fundan el hilo de estaño, y no el soldador. Debemos aplicar el estaño adecuado a la unión (la experiencia te dirá cuanto), unos 3 – 4 mm del hilo de estaño suelen dar uniones correctas. Mientras aplicas el estaño, fíjate como el estaño fundido se distribuye por la unión, y mueve la punta del estaño si es necesario para ayudar a que se distribuya.

Entonces, retira el estaño y seguidamente retira el soldador. Error típico de novato: soplar. NO se sopla una soldadura, debe enfriarse sola; si soplas la soldadura será quebradiza y de mala calidad. Seguro que puedes esperar 3 o 4 segundos a que el estaño se enfríe solo Soldadura finalizada

Con unas imágenes:

1. Mantener las piezas unidas y firmes.

a onblur="try {parent.deselectBloggerImageGracefully();} catch(e) {}" href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgaEa8POD0iEoHtpwtJxwHJN3SztxQRpSoAieNj45zVnCfCgF2h7jNP32AFpwNoiWPNxwymgQyHEaxlE-AI7EYbJ0Qvq8ORACfrna0oh6PU-G0psbQySS3r9YMpQ-c01tid4BXVRU_zh4Y/s1600-h/3+y4.JPG">


La anterior imagen muestra una soldadura perfecta


Ejemplo de cómo NO debe quedar una soldadura:



Podeis ver algunas con exceso de estaño y otras con defecto.




Ejemplo de soldadura "menos simple".


En el apartado anterior habeis visto que soldar un componente en una placa de circuito impreso es fácil, simplemente aplicamos calor a la junta, aplicamos estaño, retiramos estaño y calor y la unión se hace prácticamente sola.

Ahora vamos a ver un ejemplo de otra soldadura igual de fácil pero que requiere saber como se hace para que no se haga complicada, vamos a soldar un cable a la patilla de un componente, en este caso un transistor.

1. Recordad que ambas partes deben estar lo mas limpias posible, no nos cuesta ningún esfuerzo raspar con un cúter el cable y las patillas del componente antes de empezar:




2. Ahora tenemos dos partes móviles, no podemos dejarlas quietas para soldar tranquilamente. Vamos a estañar ambas partes. Ésto no es mas que poner una pequeña cantidad de estaño en ellas, luego no tendremos mas que ponerlas juntas y fundir ese estaño; como el estaño ya está añadido, tenemos libre la mano que no sujeta el soldador para sujetar el cable

Para estañar la patilla del componente, la calentamos aplicandole el soldador y acto seguido, tal y como haciamos en la placa de circuito impreso, aplicamos una pequeña cantidad de estaño a la patilla, no debe fundirse con el calor directo del soldador. En la primera imagen se ve como se estaña. Las pinzas de abajo sirven para disipar algo de calor y que el componente no se rompa. Ese tipo de pinzas que "por defecto" están cerradas en vez de abiertas pueden servirte cuando estes aprendiendo, te ahorraras quemar mas de un componente; se aplican en la patilla del componente en cuestion entre el componente y el punto donde vamos a aplicar calor. En este caso las he usado mas que nada porque tenia que aguantar el calor unos segundos más para hacer la foto; cuando tengais practica soldando las pinzas no son necesarias, aunque siempre son recomendables



En esta siguiente imagen se observa la pequeña cantidad de estaño que ponemos en la patilla del componente:




3. De igual forma, estañamos el cable. Si tienes un rollo de estaño, lo más cómodo es ponerlo como está en la imagen de forma que la punta del estaño quede en el aire. Pones el soldador, el cable pelado encima y acercas las dos cosas al estaño. Como siempre, intenta que el estaño sea fundido por el cable, no por el soldador.


Aquí vemos el estaño en el cable:




4. Ya tenemos la patilla del componente y el cable con una pequeña cantidad de estaño cada uno. Para hacer la unión, solo tenemos que ponerlos juntos y aplicar calor para fundir juntas las dos gotas de estaño, no es necesario añadir más.



La unión terminada:




5. ¿Crees que ya has terminado? De eso nada, vamos a hacer las cosas bien. Primero vamos a tapar lo mas posible el cable cercano a la unión. Para ello, pelamos la otra punta del cable, cogemos el metal con unos alicates y con la uña deslizamos la funda hacia la soldadura hasta que haga tope. Quedará así:



Seguidamente, cubrimos la unión con funda termoretráctil (puedes comprarla barata en cualquier tienda de electrónica). No es mas que un pequeño tubo de goma que se corta con el tamaño adecuado, se introduce por la otra punta del cable hasta dejarlo sobre la soldadura y se le aplica calor con un mechero para que se contraiga y se quede pegado a la soldadura. OJO, he dicho "aplicar calor", no "quemarlo". Se deja la punta de la llama del mechero a un centimetro aproximadamente de la funda, eso es calor mas que suficiente, ya verás como se contrae. Eso protege la soldadura y elimina la posibilidad de que por tirar de un cable o algo asi haga cortocircuito con la soldadura de al lado

En la imagen os podeis hacer una idea de como debeis ponerlo ANTES de aplicar el calor:



Aplicais un poco de calor y la funda hace su trabajo solita. Un apunte: esto es un ejemplo de soldadura en la primera patilla; si tuvierais que soldar un cable a cada una de las patillas del componente, repetiriamos los pasos 1 - 4 para cada patilla dejando los cables soldados, y luego cortariamos 3 trocitos de termoretractil, los pondriamos en las soldaduras y aplicariamos el calor a los 3 a la vez

Recomendaciones


Mi recomendacion es que si quieres aprender a soldar, compres una placa perforada como la de la imagen (la mas pequeña que haya):




Como soldar (guía básica)
Esta guía ha sido cedida por su autor (Cold_fire) a Hardcore-Modding. Originalmente fue escrita para Elotrolado.net
Si quieres empezar algún pequeño proyecto de electrónica o instalar tu mismo el modchip de tu consola, probablemente necesitarás saber soldar. “Eso quema”, “y si lo jodo”… no hay excusa para al menos intentarlo, aprender a soldar no es difícil y te abre las puertas de hacer chapuzas varias
Antes de empezar me gustaría dejar claro que esto es una guia solo para empezar, leer esto no te da la habilidad necesaria para soldar nada. No me responsabilizo de "he seguido tu guia de soldadura y he roto la consola"...

¿Qué es soldar? ¿Qué necesito para soldar?

Soldar no es mas que unir dos metales de forma que queden físicamente unidos; electrónicamente hablando, no es más que la creación de un punto de conexión eléctrica. A la zona de unión se añade estaño fundido el cual, una vez enfriado, constituye la unión.
Para soldar necesitamos básicamente las dos partes a unir, un soldador y estaño.

Soldador.
Hay muchos tipos de soldador, pero para soldadura electrónica la opción es clara: tipo Lápiz. La punta es fina, lo cual facilita las soldaduras pequeñas y precisas. Cuando compres un soldador, la característica básica que debes tener en cuenta es su potencia. Para soldadura electrónica de 15 a 25 W es lo recomendado, más potencia es innecesaria y solo te ayudará a ponerte más nervioso por el calor, sobre todo cuando estés aprendiendo. Para empezar, cualquier modelo genérico de esa potencia te sirve. Con genérico me refiero a un soldador de marca desconocida que es simplemente eso, un soldador .Comprueba la potencia y que la punta sea fina y tenga forma de lápiz... Si más adelante le coges practica y sigues soldando, puedes adquirir un soldador de calidad, como JBC (mi recomendación es el modelo 14s). ¿Precios? Desde unos 8 - 10 € puedes encontrar soldadores, el precio va subiendo acorde con la calidad, el JBC que mencionaba antes ronda los 30 €.

Soldador "genérico":

ACTIVIDAD Nº 6: Nociones de Telecomunicaciones Duración 20 Horas

Óptica

La Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia.

Luz

Rayo de luz solar dispersado por partículas de polvo en el cañón del Antílope, en Estados Unidos.

La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante capaz de ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético. La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones se denomina óptica.

Refracción

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. La ley de Snell relaciona el cambio de ángulo con el cambio de velocidad por medio de los índices de refracción de los medios.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él.

Ejemplos muy comunes de la refracción son la ruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o los arco iris.

Propagación y difracción

Artículo principal: Difracción

Sombra de una canica

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.

De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra cerca del cuerpo, de tal forma que, en proporción, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se aleja el foco del cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra, y otra más oscura denominada umbra.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

Reflexión y dispersión

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que que su velocidad es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, el proceso se denomina dispersión. Gracias a este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe por la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente.

Naturaleza de la luz

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de como la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:

Teoría ondulatoria

Descripción

Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación .

Vista lateral (izquierda) de una onda electromagnética a lo largo de un instante y vista frontal (derecha) de la misma en un momento determinado. De color rojo se representa el campo magnético y de azul el eléctrico.

Dualidad onda corpúsculo

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distíntas.

La dualidad onda-corpúsculo, también llamada onda partícula, resolvió una aparente paradoja, demostrando que la luz y la materia pueden, a la vez, poseer propiedades de partícula y propiedades ondulatorias.

De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.

Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa.” (Stephen Hawking, 2001)

Éste es un hecho comprobado experimentalmente en múltiples ocasiones. Fue introducido por Louis-Victor de Broglie, físico francés de principios del siglo XX. En 1924 en su tesis doctoral propuso la existencia de ondas de materia, es decir que toda materia tenía una onda asociada a ella. Esta idea revolucionaria, fundada en la analogía con que la radiación tenía una partícula asociada, propiedad ya demostrada entonces, no despertó gran interés, pese a lo acertado de sus planteamientos, ya que no tenía evidencias de producirse. Sin embargo Einstein reconoció su importancia y cinco años después, en 1929, De Broglie recibió el Nobel en física por su trabajo.

Naturaleza ondulatoria de los objetos mayores [editar]

Similares experimentos han sido repetidos con neutrones y protones, el más famoso de ellos realizado por Estermann y Otto Stern en 1929. Experimentos más recientes realizados con átomos y moléculas demuestran que actúan también como ondas.

Una serie de experimentos enfatizando la acción de la gravedad en relación con la dualidad onda-corpúsculo fueron realizados en la década de los 70 usando un interferómetro de neutrones. Los neutrones, parte del núcleo atómico, constituyen gran parte de la masa del mismo y por tanto, de la materia. Los neutrones son fermiones y esto, en cierto sentido, son la quintaesencia de las partículas. Empero, en el interferómetro de neutrones, no actúan sólo como ondas mecanocuánticas sino que también dichas ondas se encontraban directamente sujetas a la fuerza de la gravedad. A pesar de que esto no fue ninguna sorpresa, ya que se sabía que la gravedad podía desviar la luz e incluso actuaba sobre los fotones (el experimento fallido sobre los fotones de Pound y Rebka), nunca se había observado anteriormente actuar sobre las ondas mecanocuánticas de los fermiones, los constituyentes de la materia ordinaria.

En 1999 se informó de la difracción del fulereno de C₆₀ por investigadores de la Universidad de Viena.^[1] El fulereno es un objeto masivo, con una masa atómica de 720. La longitud de onda de De Broglie es de 2,5 picómetros, mientras que el diámetro molecular es de 1 nanómetro, esto es, 400 veces mayor. Hasta el 2005, éste es el mayor objeto sobre el que se han observado propiedades ondulatorias mecanocuánticas de manera directa. La interpretación de dichos experimentos aún crea controversia, ya que se asumieron los argumentos de la dualidad onda corpúsculo y la validez de la ecuación de De Broglie en su formulación.

Camino óptico

Es la distancia recorrida, a la velocidad de la luz en el vacío, en el tiempo t empleado por la luz para recorrer la distancia L en el medio n.

Se refiere a la distancia recorrida por un haz luminoso. Una diferencia en el camino óptico entre dos rayos de luz coherentes es lo que genera diversos fenómenos ópticos, como la difracción y la interferencia. La difracción es el término usado para describir los comportamientos de un rayo de luz cuando pasa sobre el borde de un objeto opaco o a través de una ranura muy estrecha. Cuando la luz pasa por una ranura muy estrecha, el rayo central pasa sin distorsión mientras que la parte que intercepta con los bordes de la ranura se desvía en función de su longitud de onda o color. La figura de la mancha de luz es una banda central blanca con una serie de espectros a ambos lados.

Refracción

Refracción de la luz en diversos contenedores.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.

Refracción de la luz.

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocido como dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor y se dispersa más.

Definición de refracción: cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Refracción de la luz: se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente.ejemplo: un vidrio. Refracción del sonido: es la desviación que sufren las ondas cuando el sonido pasa de un medio material a otro.

Ley de Snell

La ley de Snell es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático holandés Willebrord Snel van Royen.(1580-1626).. Le pusieron "Snell" debido a su apellído pero le pusieron dos "l" por su nombre Willebrord el cual lleva dos "l".

La ley de Snell dice que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación la onda varíe.

Láser

Láseres utilizados como efecto visual en un espectáculo musical

Para la Clase Laser en náutica, véase Laser (Vela).

Un láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.

Historia

Charles Hard Townes (1915 – ) es considerado junto con Arthur Leonard Schawlow, el inventor del láser. En 1964 fue galardonado con el Premio Nobel de Física junto a los soviéticos Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov por sus los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica

En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max Planck basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación. La teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford.

En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física en 1964 por "los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser.

Townes y Arthur Leonard Schawlow son considerados los inventores del láser, el cual patentaron en 1960. Dos años después, Robert Hall inventa el láser semiconductor. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, al año siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.

El 16/05/1980, un grupo de físicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Cinco años después se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia "lee" los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco óptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos digitales se transforman en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. Inmediatamente después la tecnología desarrollada se usa en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.

Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, científicos australianos "teletransportan" con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro.^[1] Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales.^[2] En 2006, científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicación mucho más rápidas y eficientes.^[3]

Procesos

Componentes principales:
1. Medio activo para la formación del láser
2. Energía bombeada para el láser
3. Espejo reflectante al 100%
4. Espejo reflectante al 99%
5. Emisión del rayo láser

Los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.

Bombeo

Se provoca mediante una fuente de radiación como puede ser una lámpara, el paso de una corriente eléctrica o el uso de cualquier otro tipo de fuente energética que provoque una emisión.

Emisión espontánea de radiación

Los electrones que vuelven al estado fundamental emiten fotones. Es un proceso aleatorio y la radiación resultante está formada por fotones que se desplazan en distintas direcciones y con fases distintas generándose una radiación monocromática incoherente.

Emisión estimulada de radiación

La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también "amplifica" la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.

Absorción

Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.

Aplicaciones

El tamaño de los láseres varía ampliamente, desde diodos láser microscópicos (arriba) con numerosas aplicaciones, al láser de cristales de neodimio con un tamaño similar al de un campo de fútbol, (abajo) usado para la fusión de confinamiento inercial, investigación sobre armas nucleares de destrucción masiva u otros experimentos físicos en los que se presenten altas densidades de energía

Cuando se inventó en 1960, se denominaron como "una solución buscando un problema a resolver". Desde entonces se han vuelto omnipresentes. Se pueden encontrar en miles de variadas aplicaciones en cualquier sector de la sociedad actual. Estas incluyen campos tan dispares como la electrónica de consumo, las tecnologías de la información (informática), análisis en ciencia, métodos de diagnóstico en medicina, así como el mecanizado, soldadura o sistemas de corte en sectores industriales y militares.

En bastantes aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas como la coherencia, la alta monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser altamente coherente puede ser enfocado por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un DVD o CD. También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales.

El rayo láser se emplea en el proceso de fabricación de grabar o marcar metales, plásticos y vidrio. Otros usos son:

Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras laser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;

Láser de punto cuántico

Láser de dióxido de carbono - usado en industria para corte y soldado

Láser Excimer, que produce luz ultravioleta y se utiliza en la fabricación de semiconductores y en la cirugía ocular Lasik;

Láser neodimio-YAG, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja; se utiliza para cortar, soldar y marcar metales y otros materiales.

YAG dopado con erbio, 1645 nm

YAG dopado con tulio, 2015 nm

YAG dopado con holmio, 2090 nm, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja, es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un milímetro de espesor. Generalmente opera en modo pulsante y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica. Se utiliza para quitar manchas de los dientes, vaporizar tumores cancerígenos y deshacer cálculos renales y vesiculares.

Láser de Zafiro dopado con Titanio, es un láser infrarrojo fácilmente sintonizable que se utiliza en espectroscopía.

Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, que se utiliza como amplificador para comunicaciones ópticas.

Láser de colorante, formados por un colorante organico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su facil sintonizacion y su bajo precio.

Fibra multimodo

Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km; es simple de diseñar y económico.

Su distancia máxima es de 2 km y usan diodos láser de baja intensidad.

El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión.

Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:

Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal.

Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.

Fibra monomodo

Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 100 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).

Componentes de la fibra óptica

Dentro de los componentes que se usan en la fibra óptica caben destacar los siguientes: los conectores, el tipo de emisor del haz de luz, los conversores de luz, etc.

Tipos de conectores

Estos elementos se encargan de conectar las líneas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:

Tipos de conectores de la fibra óptica.

FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.

FDDI, se usa para redes de fibra óptica.

LC y MT-Array que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.

SC y SC-Dúplex se utilizan para la transmisión de datos.

ST se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

Emisores del haz de luz

Estos dispositivos se encargan de emitir el haz de luz que permite la transmisión de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:

LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.

Lasers. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero por el contrario su uso es difícil, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los LEDs y también son mucho más costosos.

Conversores Luz-Corriente eléctrica

Este tipo de conversores convierten las señales ópticas que proceden de la fibra en señales eléctricas. Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidente, esta corriente es proporcional a la potencia recibida, y por tanto, a la forma de onda de la señal moduladora.

Se fundamenta en el fenómeno opuesto a la recombinación, es decir, en la generación de pares electrón-hueco a partir de los fotones. El tipo más sencillo de detector corresponde a una unión semiconductora P-N.

Las condiciones que debe cumplir un fotodetector para su utilización en el campo de las comunicaciones, son las siguientes:

La corriente inversa (en ausencia de luz) debe de ser muy pequeña, para así poder detectar señales ópticas muy débiles (alta sensibilidad).

Rapidez de respuesta (gran ancho de banda).

El nivel de ruido generado por el propio dispositivo ha de ser mínimo.

Hay dos tipos de detectores los fotodiodos PIN y los de avalancha APD.

Detectores PIN: Su nombre viene de que se componen de una unión P-N y entre esa unión se intercala una nueva zona de material intrínseco (I), la cual mejora la eficacia del detector.

Se utiliza principalmente en sistemas que permiten una fácil discriminación entre posibles niveles de luz y en distancias cortas.

Detectores APD: El mecanismo de estos detectores consiste en lanzar un electrón a gran velocidad (con la energía suficiente), contra un átomo para que sea capaz de arrancarle otro electrón.

Estos detectores se pueden clasificar en tres tipos:

de silicio: presentan un bajo nivel de ruido y un rendimiento de hasta el 90% trabajando en primera ventana. Requieren alta tensión de alimentación (200-300V).

de germanio: aptos para trabajar con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y con un rendimiento del 70%.

de compuestos de los grupos III y V.

Cables de fibra óptica

Un cable de fibra óptica esta compuesto por un grupo de fibras ópticas por el cual se transmiten señales luminosas. Las fibras ópticas comparten su espacio con hiladuras de aramida que le confieren la necesaria resistencia a la tracción.

Sección de un cable de fibra óptica.

Los cables de fibra óptica proporcionan una alternativa sobre los coaxiales en la industria de la electrónica y las telecomunicaciones. Así, un cable con 8 fibras ópticas tiene un tamaño bastante más pequeño que los utilizados habitualmente, puede soportar las mismas comunicaciones que 60 cables de 1623 pares de cobre o 4 cables coaxiales de 8 tubos, todo ello con una distancia entre repetidores mucho mayor.

Por otro lado, el peso del cable de fibra óptica es muchísimo menor que el de los coaxiales, ya que una bobina del cable de 8 fibras antes citado puede pesar del orden de 30 kg/km, lo que permite efectuar tendidos de 2 a 4 km de una sola vez, mientras que en el caso de los cables de cobre no son prácticas distancias superiores a 250 - 300 m.

Conectores de cable de fibra óptica.

Conectores Los conectores más comunes usados en la fibra óptica para redes de área local son los conectores ST y SC.

El conector SC (Straight Connection) es un conector de inserción directa que suele utilizarse en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit. El conector ST (Straight Tip) es un conector similar al SC, pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo similar a los conectores coaxiales.