Los pulsos de radiación emitidos por un teléfono móvil GSM vistos con un osciloscopio

Mucha gente le tiene miedo a la radiación emitida por los móviles, por lo que no sé si es buena idea que vean la pinta que tienen los pulsos electromagnéticos emitidos por un teléfono móvil GSM (que se emiten en las bandas de 900 y 1800 MHz). En un laboratorio de física que disponga de un osciloscopio es fácil ver estos pulsos. Para los móviles antiguos, cuya antena es exterior, conviene usar diodos para conectarla directamente al osciloscopio (esquemas (a) y (b) en la figura). Para los móviles más modernos, cuya antena no es accesible, se puede utilizar un hilo de unos 30 cm en forma de bucle que envuelva el móvil, que actuará como antena receptora, con o sin diodo (esquemas (c) y (d) en la figura). En el osciloscopio habrá que seleccionar un escala de tiempos de unos 0,5 ms por división y una escala vertical entre 2 y 100 mV por división (que se puede ajustar a mano fácilmente). La figura que abre esta entrada muestra algunos pulsos de ejemplo (para las configuraciones (a), (b) y (c) de la parte derecha). Los pulsos emitidos tienen una duración de 0,56 ms (medio milisegundo) y están separados por 4,6 ms, en la banda de 1800 MHz, o por 9,2 ms, en la banda de 900 MHz. La voz es codificada digitalmente con pulsos y transmitida mediante una modulación GSMK. Los interesados en más detalles pueden consultar la web (hay muchas fuentes). Las figuras de esta entrada están extraídas del artículo de Tomasz Kawalec, «Should we bother with the speed of light in everyday life? A closer look at GSM technology,» Physics Education 47: 579-583, Sep. 2012.

XII Carnaval de la Física: Un sencillo experimento para ver la radiación emitida por un teléfono móvil gracias a un diodo LED

La ley de inducción de Faraday permite visualizar la radiación emitida por un teléfono móvil mediante un diodo LED usando una antena casera. Solo es necesario un bucle cuadrado de hilo de cobre de 7’5 cm de lado, un diodo LED y un diodo de germanio soldados en serie. Al acercar un móvil se encenderá el piloto LED cada vez que éste envíe una señal a la antena más próxima, se envíe un mensaje de texto o se realice una llamada. La luminosidad del LED dependerá de la cantidad de datos enviados (con una llamada de voz luce al máximo, pero recuerda usar un número de teléfono gratuito). Acoplando un pequeño altavoz (no utilizar auriculares) es posible oír chasquidos cuando se enciende el LED. Más fácil imposible. El dispositivo puede ser utilizado por los profesores para chequear que los móviles de sus alumnos estén apagados durante un examen sin necesidad de molestarles. Nos propone este sencillo experimento de física Jonathan Hare (Universidad de Sussex, Brighton, GB), «A simple demonstration for exploring the radio waves generated by a mobile phone,» Physics Education 45: 481-486, 5 Sep. 2010 [artículo gratis para todos]. Los ingenieros electrónicos y de telecomunicaciones seguramente querrán añadir un amplificador a la antena (así no hay que acercar el móvil tanto a la antena); Jonathan nos explica los detalles en su web «Mobile Phone Absorption Wavemeter.» 

La física de esta antena es sencilla. Una onda producida por el móvil induce un campo electromagnético que pone a oscilar a los electrones de la antena (hilo cuadrado) produciendo una pequeña corriente alterna capaz de encender el diodo LED. El segundo diodo es necesario para reducir la capacitancia en el circuito y mantener los electrones resonando en la antena ya que los diodos LED suelen tener una capacitancia mucho mayor que los diodos de germanio. Recuerda que la capacitancia efectiva de dos capacitancias en serie es menor que la menor de ellas. La resonancia de la antena requiere una capacitancia muy baja.

¿Qué longitud debe tener el circuito de hilo? Una longitud igual a la longitud de onda de la señal emitida. En Europa los móviles utilizan frecuencias de 900 MHz (para 3G se usan 1800 MHz). La longitud de onda es el cociente entre la velocidad y la frecuencia. Dividiendo la velocidad de la luz en m/s entre la frecuencia en MHz resulta que la longitud de onda es 300/f, que para f≈1000 MHz resulta en una longitud de onda de 0’3 m = 30 cm, que en forma de cuadrado nos da un lado de 30/4 = 7’5 cm. Si tienes un móvil 3G te conviene usar un cuadrado más pequeño con un lado de 3’7 cm.  

En la figura que abre esta entrada se ha utilizado un cuadrado de hilo de cobre de 30 cm de longitud (7’5 cm de radio) cuyos dos extremos se han conectado en serie a un diodo LED (Maplin Electronics: UF72P; Rapid Electronics: 55-0085) y a un diodo de germanio (Maplin Electronics: QH71N; RapidElectronics: 47-3114). Hay que tener cuidado con las polarizaciones de los dos diodos hay que conectar ánodo con cátodo (no vale cátodo con cátodo o ánodo con ánodo). Recuerda que en un LED la patilla más largo corresponde al ánodo, polo positivo, y el más corto al cátodo, polo negativo; en un diodo de germanio hay dibujada una banda (línea) de color (gris o blanca) cerca de un extremo que indica el cátodo. En la fotografía ambos lados del hilo de alambre se han unido con una pieza de plástico (aislante naranja) para darle rigidez (si no lo vas a usar muchas veces no la necesitas).

Si te atreves a desarrollar este experimento en tu casa (o si eres profesor delante de tus alumnos) debes recordar que durante las pruebas ante tus alumnos conviene apagar el móvil y volverlo a encender, lo que te asegura que el móvil busque red y emita señales; también puedes realizar una llamada a un número gratuito. También conviene recordar que el teléfono móvil emite ondas polarizadas por lo que la resonancia es más fuerte si su orientación es la correcta (y el LED brillará más). Como no sabrás dónde está la antena dentro del móvil (salvo que sea un aparato antiguo), conviene jugar un poco y rotar el móvil hasta que el LED brille al máximo. Basta jugar un poco para encontrar la orientación adecuada.

Ánimo, pruébalo, es muy fácil de construir y tus alumnos disfrutarán como críos.

Si te ha gustado esta entrada recuerda que Francis organiza la XII Edición del Carnaval de la Física. Tú también puedes contribuir al Carnaval con tu granito de arena. Para participar no hace falta tener un blog, puedes darte de alta en la web del Carnaval de la Física y publicar tu entrada allí. Por supuesto, a los que tenéis un blog lo más fácil es publicarla en vuestro propio blog. El formato de la entrada es libre: desde un elaborado artículo científico a una simple imagen, pasando por el comentario de una película, la descripción de un experimento casero, un podcast o un vídeo. La única condición es que trate sobre la física en cualquiera de sus aspectos.