Este dilema se puede resolver de diversas maneras, pero nosotros te compartimos la que en nuestra opinión es la respuesta más completa.
Solución:
Resumen:
El hecho de que la longitud de una antena sea de un tamaño similar a la longitud de onda de la luz es una coincidencia debido a la similitud de la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en la antena (que generalmente son cables de cobre). Para otras olas, este puede no ser el caso. Diferentes cuerdas de guitarra, por ejemplo, resuenan a diferentes frecuencias a pesar de tener la misma longitud. Eso es porque tienen diferentes densidades y tensiones que cambian la velocidad del sonido dentro de ellos. Entonces, la longitud de onda de un sonido en el aire puede tener poco que ver con la longitud de string que lo produce.
Los detalles sangrientos:
Cuando una antena recibe una onda electromagnética (EM), el campo eléctrico de la onda empuja los electrones en la antena de un lado a otro. Esto sucede independientemente de la longitud o la forma de la antena. Esto establece una onda estacionaria de corrientes eléctricas en la antena. Hay ciertas frecuencias que resuenan en la antena, que es cuando la eficiencia de recepción de energía es más alta. Esta frecuencia está determinada por la longitud de la antena y la velocidad de la luz en el material de la antena. En esta condición resonante, el movimiento de los electrones y el campo eléctrico entrante están siempre en la misma dirección, por lo que cada longitud de onda de la onda EM genera más movimiento y pone más energía en la antena. Si la frecuencia de la onda EM no es la correcta, a veces el movimiento de los electrones y el campo eléctrico tendrán direcciones opuestas, lo que provocará una pérdida de energía en la antena. Como empujar a alguien en un columpio, cada empujón tiene que ser en el momento correcto y en la dirección correcta.
La animación proviene de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna. El rojo representa la densidad de las cargas a medida que se empujan hacia adelante y hacia atrás.
La condición para la resonancia en una antena es que la longitud de onda de la onda estacionaria sea el doble de la longitud de la antena (ver el diagrama animado anterior).
$$lambda_SW = 2L_ant$$
Podemos relacionar la longitud de onda con la frecuencia de oscilación por
$$lambda f = c$$
donde $f$ es la frecuencia y $c$ es la velocidad de la luz en la antena. Entonces, la frecuencia de la señal EM que será mejor recibida por la antena es
$$f=fracclambda_SW = fracc2L_ant$$
Dado que la velocidad de la luz en el vacío o el aire es muy cercana a la velocidad de la luz en una antena (~80 %), la longitud de la antena estará cerca de la longitud de onda de la onda EM. De hecho, la mayoría de las antenas simples tienen una longitud cercana a la mitad de la longitud de onda de la señal que están diseñadas para recibir.
Como analogía, considere un recipiente medio lleno de agua. Puede inclinar el recipiente hacia un lado y el agua corre hacia el extremo inferior. Si inclinas el recipiente hacia el otro lado, el agua corre hacia el otro lado. Cuando inclinas el recipiente hacia adelante y hacia atrás, la mayoría de las veces el agua simplemente se mueve hacia adelante y hacia atrás sin ningún otro efecto. Esto es como el campo eléctrico de una onda EM que empuja los electrones en la antena hacia un lado. A una baja frecuencia de inclinación, el agua simplemente se mueve de un lado a otro, asentándose en cada extremo antes de que la inclinación se invierta. A una frecuencia alta, el agua apenas tiene oportunidad de moverse antes de que la inclinación se invierta. Pero, si se inclina hacia adelante y hacia atrás con la frecuencia correcta, el chapoteo del agua se acumula y se acumula hasta que salpica completamente fuera del recipiente. Esta es la condición resonante de la cuenca de agua. Puede imaginar que las cuencas más largas tienen una frecuencia de resonancia más baja, ya que el agua salpicada tarda más en ir de un extremo al otro. Es lo mismo con una antena: las antenas más largas tienen una resonancia de frecuencia más baja porque la onda EM tarda más en rebotar entre los extremos.
La siguiente es una vista de las cargas en una antena que muestra el chapoteo de los electrones en resonancia (el área sombreada en rojo; el azul muestra la magnitud de la velocidad de las cargas).
La animación proviene del mismo artículo de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
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