Frecuencia, fotones y electrones

Dedicamos el aniversario del físico alemán Heinrich Hertz que probó la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones de Maxwell, para compartir algunas reflexiones actualizadas sobre el significado de la Frecuencia, cuya unidad de medida, el ciclo por segundo, el Hertz (Hz) que equivale a s^-1, lleva su nombre.

Sabemos por experiencia que la mitad de la comunidad científico/ingeniera piensa en términos de frecuencias (repeticiones por segundo), mientras que la otra mitad lo hacemos en términos de su inverso, el periodo (tiempo necesario para completar cada repetición, T), dónde f = 1/T, así que mantendremos esta dualidad f/T en los siguientes párrafos.

Por ejemplo, las frecuencias f de los sistemas de potencia son de 50 Hz (Europa, Asia, Oceanía, África, y Chile, Argentina y Bolivia) y 60 Hz (América, excepto Chile, Argentina y Bolivia), que corresponden a unos periodos T de 20 ms y 16,666… ms.

En el pasado XVI Seminário Técnico de Protección y Control (STPC) en Rio Janeiro los días 24 – 27 octubre 2022, una de las presentaciones más provocadoras a cargo del ingeniero André Luiz Lins Miranda fue referente a “Estimación de Frecuencia en Sistemas Eléctricos de Potencia” que están sintiendo la progresiva disminución de la inercia por la incorporación de generación renovable.

La estimación de la Frecuencia en los sistemas de potencia puede ser realizada de varias formas, destacándose el paso por cero y la variación de fase (PMUs) para magnitudes de frecuencia que poseen varios dominios, con dinámicas más rápidas y más lentas.

La conclusión del estudio recomienda disminuir la profundidad de filtrado para medir los modos debido a la nueva inercia, y un filtrado de dinámicas más rápidas para no comprometer los procesos de protección y monitoring.

Y dentro del mundo de las partículas elementales, saltamos de las partículas de materia donde se clasifican los electrones como leptones, al de las partículas portadoras de campos (los bosones, cuyo número cuántico de espín es un entero: 0, 1, 2, …) dónde encontramos a nuestro siguiente invitado: el fotón.

El fotón es una partícula sin masa mediadora de la interacción electromagnética (los fotones portan todas las formas de radiación electromagnética) cuya energía viene dada por su frecuencia (color) según la fórmula E=hf. Si nos movemos por el espectro electromagnético, cuanta más frecuencia f (menos periodo T y menos longitud de onda λ = c/f = cT), más energía tiene el fotón.

Es la convergencia entre la fotónica (usando fotones para transmitir información de un lado a otro) y la electrónica (procesando información moviendo electrones por chips semiconductores) donde está el futuro de las tecnologías de la información, siendo la frecuencia f una propiedad fundamental en las interacciones de ambas partículas.