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Frecuencia extremadamente baja
Rango de frecuenciaDe 3 a 30 Hz
Rango de onda100.000 a 10.000 km , respectivamente
Bandas de radio
ITU
1 (ELF) 2 (SLF) 3 (ULF) 4 (VLF)
5 (LF) 6 (frecuencia intermedia) 7 (HF) 8 (VHF)
9 (UHF) 10 (SHF) 11 (EHF) 12 (THF)
ECM UE / OTAN / EE. UU.
IEEE
Otra TV y radio
  • v
  • t
  • mi
1982 Vista aérea de la instalación transmisora ​​ELF de Clam Lake, Wisconsin , de la Marina de los EE. UU ., Utilizada para comunicarse con submarinos profundamente sumergidos. Los derechos de paso de las dos líneas aéreas de transmisión perpendiculares de 14 millas (23 km) que constituían la antena dipolo terrestre que irradiaba las ondas ELF se pueden ver en la parte inferior izquierda.

Frecuencia extremadamente baja ( ELF ) es la designación de la UIT [1] para la radiación electromagnética ( ondas de radio ) con frecuencias de 3 a 30  Hz y longitudes de onda correspondientes de 100.000 a 10.000 kilómetros, respectivamente. [2] [3] En la ciencia atmosférica , se suele dar una definición alternativa, de 3 Hz a 3 kHz. [4] [5] En la ciencia relacionada con la magnetosfera , se considera que las oscilaciones electromagnéticas de baja frecuencia (pulsaciones que ocurren por debajo de ~ 3 Hz) se encuentran en el ULFrango, que por lo tanto también se define de manera diferente a las bandas de radio de la UIT .

Las ondas de radio ELF son generadas por rayos y perturbaciones naturales en el campo magnético de la Tierra , por lo que son objeto de investigación por parte de científicos atmosféricos. Debido a la dificultad de construir antenas que puedan irradiar ondas tan largas, las frecuencias ELF se han utilizado en muy pocos sistemas de comunicación creados por humanos. Las ondas ELF pueden penetrar el agua de mar , lo que las hace útiles en la comunicación con submarinos , y algunas naciones han construido transmisores ELF militares para transmitir señales a sus submarinos sumergidos, que consisten en enormes antenas de cable con conexión a tierra ( dipolos terrestres ) de 15 a 60 km mi) de largo impulsado por transmisores que producen megavatiosde poder. Estados Unidos, Rusia, India y China son los únicos países que se sabe que han construido estas instalaciones de comunicación ELF. [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Las instalaciones de EE. UU. Se utilizaron entre 1985 y 2004, pero ahora están fuera de servicio. [9]

Definiciones alternativas [ editar ]

ELF es una frecuencia de subradio . [14] Algunos artículos de revistas médicas revisados ​​por pares se refieren a ELF en el contexto de "campos magnéticos (MF) de frecuencia extremadamente baja (ELF)" con frecuencias de 50 Hz [15] y 50-80 Hz. [16] Las agencias gubernamentales de los Estados Unidos, como la NASA, describen ELF como radiación no ionizante con frecuencias entre 0 y 300 Hz. [14] La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha utilizado ELF para referirse al concepto de "campos eléctricos y magnéticos (EMF) de frecuencia extremadamente baja (ELF)" [17]La OMS también declaró que a frecuencias entre 0 y 300 Hz, "las longitudes de onda en el aire son muy largas (6.000 km (3.700 mi) a 50 Hz y 5.000 km (3.100 mi) a 60 Hz), y, en situaciones prácticas, el los campos eléctricos y magnéticos actúan de forma independiente y se miden por separado ". [17]

Propagación [ editar ]

Espectro típico de ondas electromagnéticas ELF en la atmósfera de la Tierra, que muestra picos causados ​​por las resonancias de Schumann . Las resonancias de Schumann son las frecuencias de resonancia de la cavidad esférica Tierra-ionosfera. Los rayos hacen que la cavidad "suene" como una campana, provocando picos en el espectro de ruido. El agudo pico de potencia a 50 Hz es causado por la radiación de las redes eléctricas mundiales . El aumento del ruido a bajas frecuencias (lado izquierdo) es ruido de radio causado por procesos lentos en la magnetosfera de la Tierra .

Debido a su longitud de onda extremadamente larga, las ondas ELF pueden difractar alrededor de grandes obstáculos, no están bloqueadas por cadenas montañosas o el horizonte y pueden viajar alrededor de la curva de la Tierra. Las ondas ELF y VLF se propagan a largas distancias mediante un mecanismo de guía de ondas Tierra-ionosfera. [5] [18] La Tierra está rodeada por una capa de partículas cargadas ( iones y electrones ) en la atmósfera a una altitud de aproximadamente 60 km (37 millas) en la parte inferior de la ionosfera , llamada capa D que refleja las ondas ELF. . El espacio entre la superficie conductora de la Tierra y la capa conductora D actúa como una guía de ondas de placas paralelas.que confina las ondas ELF, permitiéndoles propagarse a largas distancias sin escapar al espacio. A diferencia de las ondas VLF, la altura de la capa es mucho menor que una longitud de onda en las frecuencias ELF, por lo que el único modo que puede propagarse en las frecuencias ELF es el modo TEM en polarización vertical , con el campo eléctrico vertical y el campo magnético horizontal. Las ondas ELF tienen una atenuación extremadamente baja de 1 a 2 dB por 1000 km (620 mi), [18] [19] lo que le da a un solo transmisor el potencial de comunicarse en todo el mundo.

Las ondas ELF también pueden viajar distancias considerables a través de medios "con pérdidas" como la tierra y el agua de mar, que absorberían o reflejarían ondas de radio de mayor frecuencia.

Resonancias de Schumann [ editar ]

Artículo principal: resonancias de Schumann

La atenuación de las ondas ELF es tan baja que puedan viajar por completo alrededor de la Tierra varias veces antes de decaer a la amplitud insignificante, y por lo tanto las ondas radiadas desde una fuente en direcciones opuestas circunnavegar el Tierra en un gran círculo ruta interferir entre sí. [20] A ciertas frecuencias, estas ondas de dirección opuesta están en fase y se suman (refuerzan), provocando ondas estacionarias . En otras palabras, la cavidad esférica cerrada de la ionosfera de la Tierra actúa como un enorme resonador de cavidad , mejorando la radiación ELF en sus frecuencias de resonancia . Estos se llaman resonancias de Schumann en honor al físico alemánWinfried Otto Schumann, quien los predijo en 1952, [21] [22] [23] [24] y fueron detectados en la década de 1950. Modelando la cavidad Tierra-ionosfera con paredes perfectamente conductoras, Schumann calculó que las resonancias deberían ocurrir en frecuencias de [20]

Las frecuencias reales difieren ligeramente de esto debido a las propiedades de conducción de la ionosfera. La resonancia fundamental de Schumann está en aproximadamente 7.83 Hz, la frecuencia a la cual la longitud de onda es igual a la circunferencia de la Tierra, y los armónicos más altos ocurren en 14.1, 20.3, 26.4 y 32.4 Hz, etc. Los rayos excitan estas resonancias, causando que la Tierra- cavidad de la ionosfera para "sonar" como una campana, lo que resulta en un pico en el espectro de ruido en estas frecuencias, por lo que las resonancias de Schumann se pueden utilizar para monitorear la actividad global de tormentas eléctricas.

El interés en las resonancias de Schumann se renovó en 1993 cuando ER Williams mostró una correlación entre la frecuencia de resonancia y las temperaturas del aire tropical, lo que sugiere que la resonancia podría usarse para monitorear el calentamiento global . [25] [20]

Comunicaciones submarinas [ editar ]

Una antena dipolo de tierra que se utiliza para transmitir ondas ELF, similar a las antenas de Clam Lake de la Marina de los EE. UU., Que muestra cómo funciona. Funciona como una enorme antena de bucle , con la corriente alterna I del transmisor P pasando a través de una línea de transmisión aérea, luego profundamente en la tierra desde una conexión de tierra G a la otra, luego a través de otra línea de transmisión de regreso al transmisor. Esto crea un campo magnético alterno H que irradia ondas ELF. Se muestra que la corriente alterna fluye en una dirección solo a través del bucle para mayor claridad.

Dado que las ondas de radio ELF pueden penetrar el agua de mar profundamente, hasta las profundidades operativas de los submarinos, algunas naciones han construido transmisores ELF navales para comunicarse con sus submarinos mientras están sumergidos. China ha construido recientemente la instalación ELF más grande del mundo, aproximadamente del tamaño de la ciudad de Nueva York, para comunicarse con sus fuerzas submarinas sin necesidad de que salgan a la superficie. [26] La Marina de los Estados Unidos construyó en 1982 la primera instalación de comunicaciones submarinas ELF, dos transmisores ELF acoplados en Clam Lake, Wisconsin y Republic, Michigan . [27] Fueron cerrados en 2004. La Armada rusaopera un transmisor ELF llamado ZEVS (Zeus) en Murmansk en la península de Kola . [28] La Armada de la India tiene una instalación de comunicación ELF en la base naval INS Kattabomman para comunicarse con sus submarinos clase Arihant y clase Akula . [13] [29]

Explicación [ editar ]

Debido a su conductividad eléctrica , el agua de mar protege a los submarinos de la mayoría de las ondas de radio de alta frecuencia, lo que hace imposible la comunicación por radio con submarinos sumergidos en frecuencias ordinarias. Las señales en el rango de frecuencia ELF, sin embargo, pueden penetrar mucho más profundamente. Dos factores limitan la utilidad de los canales de comunicación ELF: la baja velocidad de transmisión de datos de unos pocos caracteres por minuto y, en menor medida, la naturaleza unidireccional debido a la impracticabilidad de instalar una antena del tamaño requerido en un submarino (el antena debe ser de un tamaño excepcional para lograr una comunicación exitosa). Generalmente, las señales ELF se han utilizado para ordenar a un submarino que se eleve a una profundidad poco profunda donde podría recibir alguna otra forma de comunicación.

Dificultades de la comunicación ELF [ editar ]

Una de las dificultades que se plantean al emitir en la gama de frecuencias ELF es el tamaño de la antena , porque la longitud de la antena debe ser al menos una fracción sustancial de la longitud de las ondas. En pocas palabras, una señal de 3 Hz (ciclo por segundo) tendría una longitud de onda igual a la distancia que viajan las ondas EM a través de un medio determinado en un tercio de segundo. Cuando el índice de refracción del medio es mayor que uno, las ondas ELF se propagan más lentamente que la velocidad de la luz en el vacío. Tal como se utiliza en aplicaciones militares, la longitud de onda es de 299.792 km (186.282 mi) por segundo dividido por 50–85 Hz, lo que equivale a alrededor de 3.500 a 6.000 km (2.200 a 3.700 mi) de largo. Esto es comparable a la Tierra.de alrededor de 12,742 km (7,918 millas). Debido a este requisito de gran tamaño, para transmitir internacionalmente utilizando frecuencias ELF, la Tierra misma forma una parte significativa de la antena, y se necesitan cables extremadamente largos en el suelo. Se utilizan varios medios, como el alargamiento eléctrico , para construir estaciones de radio prácticas con tamaños más pequeños.

Estados Unidos mantuvo dos sitios, en el Bosque Nacional Chequamegon-Nicolet , Wisconsin y en el Bosque Estatal del Río Escanaba , Michigan (originalmente llamado Proyecto Sanguine , luego reducido y rebautizado como Proyecto ELF antes de la construcción), hasta que fueron desmantelados, comenzando a finales de Septiembre de 2004. Ambos sitios utilizaron largas líneas eléctricas , los llamados dipolos de tierra , como conductores. Estos cables estaban en múltiples hebras que iban desde 22,5 a 45 kilómetros (14,0 a 28,0 millas) de largo. Debido a la ineficacia de este método, se requirieron cantidades considerables de energía eléctrica para operar el sistema.

Impacto ecológico [ editar ]

Ha habido algunas preocupaciones sobre el posible impacto ecológico de las señales ELF. En 1984, un juez federal detuvo la construcción, requiriendo más estudios ambientales y de salud. Esta sentencia fue anulada por un tribunal de apelaciones federal sobre la base de que la Marina de los EE. UU. Afirmó haber gastado más de $ 25 millones en el estudio de los efectos de los campos electromagnéticos, y los resultados [ cita requerida ] indicaron que eran similares al efecto producido por la distribución de energía estándar. líneas. El juicio no fue aceptado [ se necesitan más explicaciones ] por todos [ ¿quién? ] y, durante el tiempo que ELF estuvo en uso, algunos políticos de Wisconsin, como los senadores demócratasHerb Kohl , Russ Feingold y el congresista Dave Obey pidieron su cierre. Preocupaciones similares tienen, en el pasado, [ ¿cuándo? ] sido criado [ por quién? ] sobre la radiación electromagnética y la salud. [ cita requerida ]

Otros usos [ editar ]

Los transmisores en el rango de 22 Hz también se utilizan en el mantenimiento o limpieza de tuberías . La señal se genera como un campo magnético alterno y el transmisor se monta en, o en parte, del "cerdo", el dispositivo de limpieza insertado en la tubería. El cerdo se empuja a través de una tubería hecha principalmente de metal. La señal ELF se puede detectar a través del metal, lo que permite que los receptores ubicados fuera de la tubería detecten su ubicación. [30] Es necesario comprobar si un cerdo ha pasado por un lugar determinado y localizar un cerdo que se haya quedado atascado.

Algunos aficionados al monitoreo de radio graban señales ELF usando antenas que varían en tamaño desde antenas activas de dieciocho pulgadas hasta varios miles de pies de largo aprovechando vallas, barandillas de carreteras e incluso vías de ferrocarril desmanteladas, y las reproducen a velocidades más altas para observar más fácilmente. fluctuaciones naturales de baja frecuencia en el campo electromagnético de la Tierra . El aumento de la velocidad de reproducción aumenta el tono , de modo que se puede llevar al rango de frecuencia de audio para la audibilidad. [ cita requerida ]

Fuentes naturales [ editar ]

Las ondas ELF que ocurren naturalmente están presentes en la Tierra, resonando en la región entre la ionosfera y la superficie que se ven en los rayos que hacen oscilar los electrones en la atmósfera. [31] Aunque las señales de VLF se generaron predominantemente a partir de descargas de rayos, se encontró que un componente de ELF observable (cola lenta) siguió al componente de VLF en casi todos los casos. [32] Además, el modo fundamental de la cavidad Tierra-ionosfera tiene una longitud de onda igual a la circunferencia de la Tierra, lo que da una frecuencia de resonancia de 7,8 Hz. Esta frecuencia y los modos de resonancia más altos de 14, 20, 26 y 32 Hz aparecen como picos en el espectro ELF y se denominan resonancia Schumann .

Las ondas ELF también se han identificado tentativamente en Titán, la luna de Saturno . Se cree que la superficie de Titán es un pobre reflector de las ondas ELF, por lo que las ondas pueden estar reflejándose en el límite de hielo líquido de un océano subsuperficial de agua y amoníaco, cuya existencia es predicha por algunos modelos teóricos. La ionosfera de Titán también es más compleja que la de la Tierra, con la ionosfera principal a una altitud de 1200 km (750 mi) pero con una capa adicional de partículas cargadas a 63 km (39 mi). Esto divide la atmósfera de Titán en dos cámaras de resonancia separadas. La fuente de las ondas ELF naturales en Titán no está clara ya que no parece haber una gran actividad de rayos. [31]

Los magnetares pueden irradiar enormes salidas de potencia de radiación ELF de 100.000 veces la salida del Sol en luz visible . El púlsar de la nebulosa del Cangrejo irradia poderes de este orden a 30 Hz. [33] La radiación de esta frecuencia está por debajo de la frecuencia de plasma del medio interestelar , por lo que este medio es opaco y no se puede observar desde la Tierra.

Exposición [ editar ]

En la terapia electromagnética y la radiación electromagnética y la investigación de la salud , las frecuencias del espectro electromagnético entre 0 y 100 hercios se consideran campos de frecuencia extremadamente baja. [34] Una fuente común de exposición del público a los campos ELF son los campos eléctricos y magnéticos de 50 Hz / 60 Hz de las líneas de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje y las líneas de distribución secundaria, como las que suministran electricidad a los barrios residenciales. [17] [35] [34]

Posibles efectos en la salud [ editar ]

Desde finales de la década de 1970, se han planteado dudas sobre si la exposición a campos eléctricos y magnéticos (EMF) ELF dentro de este rango de frecuencias produce consecuencias adversas para la salud. [35]Los campos magnéticos externos de ELF inducen campos eléctricos y corrientes en el cuerpo que, con intensidades de campo muy altas, provocan estimulación nerviosa y muscular y cambios en la excitabilidad de las células nerviosas del sistema nervioso central. Los efectos sobre la salud relacionados con la exposición a corto plazo y de alto nivel se han establecido y forman la base de dos pautas de límites de exposición internacionales (ICNIRP, 1998; IEEE, 2002), tales como 0,2-0,4 mA a 50/60 Hz. Un estudio de Reilly en 1999 mostró que el umbral para la percepción directa de la exposición a ELF RF por voluntarios humanos comenzó en alrededor de 2 a 5 kV / ma 60 Hz, con el 10% de los voluntarios detectando la exposición ELF en este nivel. El porcentaje de detección aumentó al 50% de los voluntarios cuando el nivel de ELF se elevó de 7 a 20 kV / m. El 5% de todos los sujetos de prueba consideró molesta la percepción de ELF en estos umbrales.[36] Se dijo que el ELF a niveles de kV / m perceptibles por humanos creaba una molesta sensación de hormigueo en las áreas del cuerpo en contacto con la ropa, particularmente los brazos, debido a la inducción de una carga superficial por el ELF. El 7% de los voluntarios describió las descargas de chispas como dolorosas cuando el sujeto estaba bien aislado y tocaba un objeto conectado a tierra dentro de un campo de 5 kV / m. El 50% de los voluntarios describió una descarga de chispa similar como dolorosa en un campo de 10 kV / m. [37]

Leucemia [ editar ]

Existe una gran incertidumbre con respecto a las correlaciones entre la exposición a largo plazo y de bajo nivel a los campos ELF y una serie de efectos sobre la salud, incluida la leucemia en los niños. En octubre de 2005, la OMS convocó a un grupo de trabajo de expertos científicos para evaluar cualquier riesgo para la salud que pudiera existir por "exposición a campos eléctricos y magnéticos ELF en el rango de frecuencia> 0 a 100.000 Hz (100 kHz) en lo que respecta a la leucemia infantil". [35] La exposición de bajo nivel a largo plazo se evalúa como la exposición media a un campo magnético residencial de frecuencia industrial superior a 0,3 a 0,4 µT, y se estima que solo entre el 1% y el 4% de los niños viven en tales condiciones. [35]Posteriormente, en 2010, un análisis conjunto de evidencia epidemiológica apoyó la hipótesis de que la exposición a campos magnéticos de frecuencia industrial está relacionada con la leucemia infantil. [38] Ningún otro estudio ha encontrado evidencia que apoye la hipótesis de que la exposición a ELF es un factor que contribuye a la leucemia en los niños. [39] [40]

Un estudio de 2014 estimó los casos de leucemia infantil atribuibles a la exposición a campos magnéticos de ELF en la Unión Europea (EU27), asumiendo que las correlaciones observadas en los estudios epidemiológicos eran causales. Informó que alrededor de 50 a 60 casos de leucemia infantil podrían atribuirse a campos magnéticos de ELF anualmente, lo que corresponde a entre ~ 1,5% y ~ 2,0% de todos los casos incidentes de leucemia infantil que ocurren en la EU27 cada año. [41] En la actualidad, [ ¿cuándo? ] sin embargo, ICNIRPy el IEEE consideran que la evidencia científica relacionada con los posibles efectos en la salud de la exposición prolongada y de bajo nivel a campos ELF es insuficiente para justificar la reducción de estos límites de exposición cuantitativos. En resumen, cuando todos los estudios se evalúan juntos, la evidencia que sugiere que los campos electromagnéticos pueden contribuir a un mayor riesgo de cáncer es inexistente. [42] [43] Los estudios epidemiológicos sugieren una posible asociación entre la exposición ocupacional a largo plazo a ELF y la enfermedad de Alzheimer . [44] [45]

Patentes [ editar ]

  • Tanner, RL, Patente de EE.UU. 3.215.937 , " Antena de frecuencia extremadamente baja ", 1965
  • Hansell, Clarence W., Patente de EE.UU. 2.389.432 , " Sistema de comunicación por pulsos a través de la Tierra "
  • Altshuler, patente estadounidense 4.051.479 , antena dipolo vertical ELF suspendida de un avión

Ver también [ editar ]

  • Frecuencia ultrabaja
  • Lista de iniciales
  • Infrasonido
  • Efecto en la piel
  • TACAMO
  • Torre de Wardenclyffe
  • Estación de comunicación naval Harold E. Holt
  • Pulsaciones magnéticas

Referencias [ editar ]

Notas [ editar ]

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Información general [ editar ]

  • Radiación no ionizante , Parte 1: Campos eléctricos y magnéticos estáticos y de frecuencia extremadamente baja (ELF) (2002) por la IARC . ( Radiación no ionizante )

Enlaces externos [ editar ]

  • Tomislav Stimac, " Definición de bandas de frecuencia (VLF, ELF ... etc.) ". Página de inicio de IK1QFK (vlf.it).
  • Campos de frecuencia extremadamente baja (ELF) (EHC 35, 1984)
  • " Ondas de radio por debajo de 22 kHz : señales de la naturaleza y emisión extraña a muy baja frecuencia " - un sitio especializado en señales de baja frecuencia.
  • Jacobsen, Trond, " ZEVS, el transmisor ruso ELF de 82 Hz : un sistema de transmisión de baja frecuencia extrema, que utiliza ondas largas reales " ALFLAB, Halden, Noruega.
  • Transmisión en vivo de la NASA ELF -> Receptor VLF