Antecedents.

Com deia l'astro-físic Carl Sagan, "per fer una tarta de poma des del no res, hem d'inventar l'Univers". Efectivament, tot el que som i les coses que són, s'han format en els inicis de l'Univers. Segons la teoria del Big Bang, a l'inici de l'univers només hi havia hidrogen i una mica d'heli. Tots els altres elements que coneixem s'han format als estels, en successives morts i naixement d'estels. La matèria que forma l'Univers, està formada per àtoms i aquest tenen unes propietats que són característiques per a cada tipus d'àtom; però n'hi ha unes altres que són comunes a tots ells: la presencia de nucli i l'escorça electrònica..

En el tema que es tracta, ens interessen el comportament dels àtoms en la seva escorça; es a dir, el comportament electrònic de la matèria. El corrent elèctric generat per una diferència de potencial, el camp magnètic generat pel pas d'un corrent elèctric o el corrent elèctric generat al tallar unes espires un camp magnètic. La propagació de les ones electromagnètiques a l'espai i la seva modulació en amplitud o en freqüència que fan possible la comunicació a grans distàncies i entre l'espai.

Generalitats sobre la matèria

Matèria: per definició la matèria es tot allò que té massa i inèrcia i ocupa un lloc a l'espai. També, Einstein deia que matèria era l'espai amb una certa densitat. Hem de tenir present que quant parlem de matèria, fen servir els conceptes de massa, volum i densitat per explicar el concepte de matèria. Dons la massa és una mesura de la quantitat de matèria, mentre que el volum és la mesura de l'espai que ocupa aquesta matèria i la densitat és la raó matemàtica existent entre la quantitat de matèria i el volum.

Els estats de la matèria: segons la temperatura, la matèria pot estar en estat sòlid, líquid o gas. Les propietats dels sòlids s'expliquen en el nivell atòmic en una disposició definida i regular de les partícules individuals, petites i invisibles que constitueixen el sòlid. Formen matrius o xarxes cristal·lines on les partícules tenen poc moviment: només una lleugera vibració dintre de la mateixa xarxa. Les propietats dels líquids són diferents, adopten la forma del recipient que els conté, a excepció de la superfície del líquid que, en general, és plana. Conserven un volum quasi constant; els líquids flueixen, uns amb més facilitat que d'altres degut a la viscositat que té cada tipus de líquid. Els líquids es poden barrejar amb altres substàncies i dissoldre'ls. A nivell de partícules, estan unes juntes amb les altres, pròximes però no formen xarxes rígides, les atraccions són intenses però poden lliscar entre elles i desplaçar-se. Els gasos no tenen ni forma ni volum definit, sinó que adopten la forma i el volum del recipient que ocupen en la seva totalitat. Els gasos s'expandeixen fins omplir totalment el recipient. A nivell de partícules, aquestes es desplacen les unes de les altres de forma independent, xocant entre elles i amb les parets del recipient, sense perdre energia en aquest xocs.

Models atòmics

Models atòmics: les experiències de J.J. Thomson amb els raig catòdics li van fer arribar a la conclusió que la massa de cada partícula era només una petitíssima fracció de la de l'àtom més senzill, el de hidrogen. Així va sorgir per una banda el concepte de electró com una partícula subatòmica carregada negativament i constitutiva dels raigs catòdics i, d'altre banda, la idea que l'àtom és divisible i que, per tant, té una estructura interna.

	Segons el model de Thomson, l'àtom consisteix en una esfera enorme de matèria carregada positivament, on els electrons estan incrustats com les llavors d'una síndria. Aquest model tan senzill explica que la matèria sigui elèctricament neutre ja que en els àtoms de Thomson la càrrega negativa neutralitza la positiva. A més es poden arrancar els electrons de l'esfera si hi intervé una quantitat d'energia suficient, com succeeix en els tubs de descàrrega, encara que no va ser capaç d'explicar l'origen dels espectres atòmics ni les seves característiques
	El model de Ernest Rutherford, anomenat també model planetari per la semblança amb un sistema solar diminut, va aconseguir explicar les dispersions de les partícules alfa al bombardejar una làmina d'or. Tota la càrrega elèctrica positiva esta concentrada al nucli i les càrregues negatives al voltant. El model de Rutherford estava en contradicció amb la física clàssica, segons la qual quan una càrrega elèctrica en moviment fa una corba en la seva trajectòria, emet energia en forma de radiació. Aquesta pèrdua d'energia provocarà inestabilitat a l'àtom, els electrons es precipitarien sobre el nucli en una mica més d'una milionèsima de segon. Si fos així, la matèria com a conjunt hauria de ser efímera.
	L'àtom de Bohr, Niels Henrik David Bohr treballava a l'equip de Rutherford, on va estudiar el model planetari, al 1912 Bohr va proposar un nou model que superava les dificultats de l'anterior model i explicava amb precisió l'origen dels espectres atòmics i les seves característiques. Bohr va fer la síntesi entre el model atòmic de Rutherford i la quantificació de l'energia de Planck-Einstein, i va construir la seva teoria de l'àtom. Per explicar el seu model Bohr va formular els següents postulats que porten el seu nom:

El model de Bohr, que va funcionar per explicar el comportament d'espectres d'àtoms senzill, com l'hidrogen, no era capaç d'explicar satisfactòriament els espectres d'àtoms complexos, es va tenir que desenvolupar una nova teoria.

Aquesta nova teoria és la mecànica quàntica, que permet estudiar sistemes microscopis com l'àtom i la molècula. Malgrat tractar-se d'àtoms, amb un nucli central i un eixam d'electrons al voltant, el model atòmic que aporta la mecànica quàntica és, sobre tot, un model formal o abstracte. Una representació pictòrica detallada, com la de Bohr, significa que només cal fer una descripció en el pla estrictament matemàtic. En aquest nou model d'àtom, a la noció d'òrbita com a conjunt de posicions precises, ha estat substituïda per la d'orbital, com una regió de l'espai que envolta el nucli atòmic, on és més probable de trobar-hi l'electró. El comportament d'un electró a l'interior de l'àtom es regeix per l'equació de Schrödinger. Així, la descripció de l'estat de l'electró, definit per les característiques del seu orbital o per la magnitud del seu nivell energètic, depèn de quatre nombres quàntics concessius, cada un dels quals afina més la descripció dels anteriors.

	Representem el nombre quàntic principal amb la lletra n i indica la distància mitjana que separa l'electró del nucli. Pren valor enters n= 1,2,3...
	Representem el nombre quàntic secundari amb la lletra l i està relacionat amb la forma geomètrica dels orbitals. Des d'un punt de vista energètic, el nombre l descriu l'estat de l'electró en un segon nivell de refinament.
	Els valors de l, en relació amb el nombre n, és l = 0 i n-1. Per raons històriques, la forma geomètrica del nombre quàntic l, representem els seus valors amb les lletres s,p,d i f. Així l = 0 correspon a un orbital s; l = 1 a un p; l = 2 a un d i l = 3 a un orbital f.
	Representem el nombre quàntic magnètic amb la lletra ml. Es refereix a les possibles orientacions espacials del moviment orbital de l'electró quant està sotmès a l'acció d'un camp magnètic extern. Els valors de ml té de +l i -l i el 0; és a dir 2l + 1. Així si l = 0 ml = 0; l = 1 ml = -1, 0 i +1; l = 2 ml = -2, -1, 0 +1, +2.
	Representem amb el nombre quàntic de spin amb la lletra ms, i pot tenir dos únics valors +1/2 i -1/2. L'electró es comporta com si fes un moviment de gir intern (en anglès spin = gir) en dos sentits possibles de rotació, a la dreta i o l'esquerra; o més exactament, l'electró es manifesta com un imant petitíssim que, en presència d'un camp magnètic extern, té una orientació que només pot ser paral·lela (ms = +1/2) o antiparal·lela (ms = -1/2) a la direcció del camp.

En el tema que es tracta, ens interessen el comportament dels àtoms en la seva escorça; es a dir, el comportament electrònic de la matèria. El corrent elèctric generat per una diferència de potencial, el camp magnètic generat pel pas d'una corrent o la corrent generada al tallar unes espires un camp magnètic. La propagació de les ones electromagnètiques a l'espai i la seva modulació en amplitud o en freqüència que fan possible la comunicació a grans distàncies i entre l'espai.

Propietats electromagnètiques

Electricitat: Agent físic, subjecte a la llei de la conservació, que constitueix una de les formes possibles d'energia i al qual són deguts diversos fenòmens molt variats (mecànics, calorífics, químics, lluminosos, etc.). els fenòmens elèctrics són deguts a l'existència de les càrregues elèctriques que tenen les partícules constitutives de la matèria. L'explicació dels fenòmens elèctrics d'un cos radica, en definitiva, en l'estat dels seus àtoms. Un àtom és en estat neutre, és a dir, no presenta activitat elèctrica, quan el nombre d'electrons (càrrega negativa) coincideix amb el nombre de protons (càrrega positiva). Experimentalment s'ha comprovat que hi ha dos tipus d'estat elèctric: l'estat positiu, degut a un defecte d'electrons en els àtoms constitutius del cos, i l'estat negatiu, degut a un excés d'electrons. En correspondència amb això les forces elèctriques poden ésser d'atracció i de repulsió; són forces que actuen a distància i que, com les gravitatòries, depenen inversament del quadrat de la distància. Poden ésser molt més potents que les gravitatòries i, a diferència d'aquestes, poden ésser creades o suprimides a voluntat.

L'espai que envolta una càrrega elèctrica constitueix un camp de forces, anomenat camp elèctric, que descriu les accions exercides per la càrrega. Els electrons es poden desplaçar lliurement a través d'un cos conductor (per exemple, un fil metàl·lic) i constitueixen, en condicions adequades, un corrent elèctric. El corrent elèctric dóna lloc a una sèrie d'efectes de gran interès teòric i de gran aplicació tècnica: calorífics, químics i magnètics. Atenent a la forma de propagació, el corrent elèctric pot ésser continu i altern. La conductibilitat elèctrica també és possible, en condicions adequades, en els líquids i en els gasos.
L'electricitat pot ésser produïda de molt diverses formes: per fricció entre certs cossos, per compressió de cristalls, generalment de quars, per contacte entre metalls, amb soldadures a distinta temperatura, per mitjà de certes reaccions químiques i per inducció electromagnètica (dinamo, alternador), que és el mitjà emprat normalment en la producció industrial. Entre l'electricitat i el magnetisme hi ha una íntima relació recíproca. Un corrent elèctric crea al seu entorn un camp magnètic, i un camp magnètic variable pot engendrar un corrent elèctric (corrent induït). L'acció conjunta dels camps elèctric i magnètic variables constitueix el camp electromagnètic. L'electricitat es divideix en diverses parts, les més importants de les quals són l'electrostàtica, que estudia el comportament de les càrregues elèctriques en repòs; l'electrocinètica, que estudia el corrent elèctric; l'electrodinàmica, que estudia les accions dinàmiques entre els corrents elèctrics, i l'electromagnetisme, que tracta de les relacions mútues de l'electricitat i el magnetisme i en general del camp electromagnètic.

Electromagnetisme: Part de l'electricitat que estudia conjuntament els fenòmens elèctrics i magnètics, unificant-los en una síntesi teòrica única. Històricament els resultats experimentals bàsics foren aconseguits vers el 1820 per Orsted i Ampère, que descobriren els efectes magnètics del corrent elèctric i posaren de manifest l'íntima relació existent entre tots dos conjunts de fenòmens. L'efecte contrari, és a dir, la producció de corrent elèctric a partir del magnetisme, fou descobert per Faraday l'any 1831.
La síntesi teòrica de tota aquesta labor experimental fou aconseguida per Maxwell, el qual, mitjançant el concepte de camp electromagnètic, resumí en quatre equacions tot el comportament de les accions electromagnètiques. Les equacions de Maxwell (1868) generalitzen tots els resultats experimentals de l'electromagnetisme. Qualitativament, poden ésser enunciades així: un camp elèctric variable produeix sempre un camp magnètic, i un camp magnètic variable pot produir un camp elèctric. La culminació del treball de Maxwell fou el descobriment del fet que, aplicades a l'espai lliure i buit, les seves equacions prenien una forma igualment descriptiva de qualsevol moviment ondulatori no amortit, la qual cosa el portà al descobriment de les ones electromagnètiques. La velocitat d'aquesta radiació esdevé molt pròxima a la de la llum, de la qual, com que també pot ésser propagada en l'espai buit, Maxwell pogué assegurar que, des del punt de vista físic, és una forma de radiació electromagnètica.

Camp electromagnètic Camp que transmet la interacció electromagnètica. És engendrat per una distribució de càrregues i corrents elèctrics i d'imants permanents, i es presenta en la forma d'un camp elèctric i d'un camp magnètic que interaccionen mútuament. El camp electromagnètic ja no és considerat una modificació de l'espai que envolta una d'aquestes distribucions, sinó que és un objecte físic amb entitat dinàmica pròpia, que és estudiada en el marc clàssic (electrodinàmica clàssica) o quàntic (electrodinàmica quàntica). Des d'aquest punt de vista, els fenòmens electromagnètics són conseqüència de la interacció entre les partícules carregades i el camp electromagnètic. El camp electromagnètic és descrit per quatre magnituds vectorials: la intensitat de camp elèctric E, la inducció elèctrica (o desplaçament elèctric) D, la intensitat de camp magnètic H i la inducció magnètica B. Les equacions d'evolució d'aquestes components són les equacions de Maxwell: on r és la densitat de càrrega elèctrica i j la densitat de corrent elèctric. La llum és un camp electromagnètic que es propaga a l'espai com una ona.

Càrregues i corrents elèctriques

Càrregues elèctriques en repòs: La càrrega elèctrica constitueix una propietat fonamental de la matèria. Es manifesta per mitja d'unes forces anomenades forces electrostàtiques, que són les responsables dels fenòmens elèctrics. Podem descriure'n la influència en l'espai mitjançant la noció física de camp de forces. El concepte de potencial permet una descripció alternativa d'aquesta influència en termes d'energia. El desenvolupament i la interpretació d'experiments sobre la electricitat produïda per fregament va establir l'existència de dos tipus d'electricitat, una positiva i l'altre negativa. Els cossos carregats amb electricitat de signe oposat s'atrauen i els cossos carregats amb electricitat del mateix signe es repel·leixen. Els fenòmens electrostàtics es produeixen per l'acumulació d'aquesta propietat en els cossos.

La llei de Coulomb és la que regeix les interaccions entre els cossos carregats elèctricament i la responsable dels fenòmens electrostàtics. Estableix que la intensitat de les forces entre dues càrregues q i q', suposadament puntuals, és inversament proporcional al quadrat de la distància r que les separen; a més depèn de la naturalesa del medi que les envolta: F = k.q*q'/r² on k és la constant de Coulomb. Tot conductor carregat i aïllat esdevé un magatzem de càrrega elèctrica i, per tant, d'energia potencial. Si posem dues làmines metàl·liques o armadures separades per un aïllant; quan se'n carreguen una amb càrrega positiva i l'altre amb càrrega negativa, constitueixen un condensador que podem considerar un magatzem de càrregues, que al ser-hi de signe contrari és més fàcil mantenir-lo. Un condensador històric és l'anomenada ampolla de Leiden. Està formada per una ampolla de vidre folrada per dins i per fora de paper d'estany. El vidre de l'ampolla fa d'aïllant d'aquest condensador. Els condensadors són uns components essencials en els circuits electrònics que formen part dels aparells de ràdio i televisió en associació amb bobines actuen con oscil·lador de freqüència o com a filtres discriminadors de freqüències.

Càrregues elèctriques en moviment: En els conductors, les càrregues elèctriques es poden moure amb força llibertat. El corrent elèctric constitueix un moviment continuat de les càrregues lliures. La quantitat de càrregues que circula per un conductor en la unitat de temps és la intensitat de corrent. Els responsables de mantenir el corrent en un circuit elèctric són els generadors elèctrics, els quals subministren l'energia necessària al circuit. Dues lleis de naturalesa experimental descobertes per Ohm i Joule aporten algunes relacions que faciliten l'estudi científic del corrent elèctric. llei d'Ohm. Llei fonamental del corrent elèctric que expressa la relació existent entre la resistència R d'un conductor, la intensitat I que hi circula i la diferència de potencial V aplicada a través del conductor. La relació és I = V/R, o sia V = RI. La unitat d'intensitat elèctrica en el SI rep el nom d'amper (A) i equival a un transport de càrrega que es produeix a raó d'un coulomb (C) per cada segon, (s), 1 A = 1C/s. En un metall, on el corrent elèctric és degut únicament al moviment dels electrons, només el transport de càrrega negativa contribueix al valor de la intensitat. En les dissolucions iòniques, com que el corrent és conduït tant per ions positius com a negatius. Es produeix una doble contribució de tots dos tipus de càrrega a la intensitat de corrent elèctric.

Generadors elèctrics: per mantenir un corrent elèctric a l'interior d'un conductor cal que hi hagi una diferència de potencial constant entre els seus extrems, aquest dispositiu que permet mantenir la diferència de potencial rep el nom de generador. Per altre banda, una associació de conductors amb un generador i un receptor que consumeix el corrent elèctric, rep el nom de circuit elèctric. El tipus de generador més conegut és el generador químic o pila seca. Transforma energia química produïda per determinades reaccions químiques en energia elèctrica capaç de mantenir una diferència de potencial entre els seus pols o borns. La primera va ser construïda per Alexandre Volta. La tensió produïda per una pila és constant i quant l'apliquem a un circuit elèctric produeix un corrent continu. Els generadors electromagnètics de corrent continu, com la dinamo, transformen l'energia mecànica en energia elèctrica quan fem moure una bobina a l'interior d'un camp magnètic produït per un imant.

Producció d'un corrent altern: el corrent altern es caracteritza perquè el seu sentit canvia alternativament amb el temps. N'és la causa el generador, que el produeix i que inverteix periòdicament els seus dos pols elèctrics i que canvia moltes vegades per segon el positiu en negatiu i viceversa. La llei de Faraday-Henry :" la força electromotriu induïda en un circuit és proporcional a la rapidesa amb què varia el flux magnètic que el travessa". Estableix que una força electromotriu (FEM) s'indueix en un circuit elèctric sempre que varia el flux magnètic que el travessa; però aquest pot variar quan varia l'àrea limitada pel conductor, quan varia la intensitat del camp magnètic o quan varia l'orientació entre ells (l'angle). Si fem rodar uniformement l'espira, aquest moviment de rotació periòdic dóna una variació periòdica del flux magnètic; en altres paraules, la quantitat de línies de força que l'espira talla a cada segon pren valors iguals a intervals iguals de temps. La FEM induïda a l'espira varia, llavors, periòdicament amb l'orientació i el temps, passa de ser positiva a negativa i viceversa d'una forma alternativa. S'ha generat una FEM alterna i la seva representació gràfica, en funció del temps, té la forma d'una línia sinusoïdal.

L'alternador : és el nom que donem al generador de corrent altern. Es basa en la producció d'una força electromotriu alterna per mitjà del fenomen d'inducció magnètica. Anomenem inductor l'imant que genera el camp magnètic i induït la bobina on s'indueix la força electromotriu. Els dos extrems del fil conductor de l'induït es connecten a uns anells col·lectors que giren amb la bobina. Les escombretes, que acostumen a ser de grafit, estan en contacte permanent, mitjançant fricció, amb els anells col·lectors i transmetran la tensió elèctrica produïda als borns del generador on podem connectar un circuit exterior. En els alternadors grans, l'induït és fix i només es mou l'inductor, de manera que no són necessaris ni els anells col·lectors ni les escombretes.

El fonament del transformador: inducció mútua i autoinducció. En els primers experiments sobre la inducció electromagnètica que féu Faraday no utilitzà imants, sinó dues bobines cargolades una sobre l'altra i aïllades elèctricament. Quan variava la intensitat de corrent que circulava per una bobina, a l'altra es generava un corrent induït. Aquest és, en essència, el fenomen de la inducció mútua, segons el qual el camp magnètic és produït per un corrent elèctric i no per un imant. El fenomen de l'autoinducció, com el seu nom indica, consisteix en una inducció del propi corrent sobre el mateix. Una força electromotiu induïda s'origina en una bobina aïllada per on circula un corrent variable travessat per un flux també variable a causa del propi camp magnètic. En aquest cas afegirem un terme addicional, corresponent a la inducció magnètica de la bobina sobre ella mateixa, al corrent inicial. En circuits de corrent altern totes les bobines presenten el fenomen de l'autoinducció, ja que tenen un flux magnètic variable. Els fenòmens de la autoinducció i de la inducció mútua constitueixen el fenomen del transformador elèctric, un aparell que permet d'elevar o reduir tensions alternes. Un transformador consta, bàsicament, de dues bobines enrotllades a un nucli de ferro. Anomenem primari la bobina o enrotllament on s'aplica la FEM alterna exterior i secundari la bobina on la FEM apareix transformada. A la sortida de les centrals elèctriques una estació transformadora eleva la tensió per sobre dels dos-cents mil volts (alta tensió). Aquesta transformació comporta una disminució de la intensitat i redueix les pèrdues d'energia per calor (efecte joule) durant el transport. Abans d'arribar a l'usuari el corrent rep, generalment, dos processos de transformació; l'un rebaixa el voltatge fins als cinc mil volts (mitja tensió) i l'altre el redueix fins al valor de tensió de consum que normalment és de 380 V (baixa tensió), entre les fases i de 220 V entre una fase i el neutre.

La síntesi de Maxwell: equacions de Maxwell o equacions fonamentals de l'electromagnetisme, formulades per J.C.Maxwell entre el 1862 i el 1873. Per a medis materials en repòs. El mèrit principal de Maxwell consistí a reunir sota un mateix formalisme els coneixements que ja es tenien dels fenòmens electromagnètics gràcies als estudis anteriors d'Ampère, Faraday, Orsted, ect, Aquest procés d'elaboració teòrica li va permetre descriure en quatre equacions representar els efectes elèctrics d'un camp magnètic variable en el temps. Una conseqüència immediata d'aquestes equacions és la possibilitat teòrica de la propagació d'ones electromagnètiques, que experimentà més tard H.Hertz (1880). Per això les equacions de Maxwell constitueixen el fonament de la interpretació electromagnètica de tot l'espectre de radiació. Des de les ones de radio fins als raig gamma, passant per les ones lluminoses, un ampli ventall d'ones electromagnètiques constitueix l'anomenat espectre electromagnètic actual. Totes aquestes ones tenen la mateixa naturalesa i només es diferencien per la seva freqüència, és a dir, pel nombre d'oscil·lacions que produeixen cada segon. La energia de les ones electromagnètiques és més gran com més ho sigui la seva freqüència.

El muntatge experimental d'Heinrich Hertz, que li permeté el 1888 produir i detectar ones electromagnètiques, constava d'un circuit elèctric capaç de produir tensions elèctriques oscil·lants i d'un detector. Aquest circuit format bàsicament, per un transformador i unes plaques metal·liques que feien de condensadors, es connectava a dues esferes metal·liques polimentades separades per una petita regió d'aire. Quant la tensió entre les dues esferes assolia el nivell màxim, l'aire intermedi s'electritzava i saltava una guspira. Aquest procés es repetia periòdicament i generava, cada vegada, segons la predicció de Maxwell, un conjunt d'ones electromagnètiques. Per comprovar que, en efecte, un camp magnètic viatger s'estava propagant per l'espai, Hertz va preparar un detector (o antena) conegut també com a ressonador, que consistia en un filferro curt doblegat en forma de circumferència, però amb una petita obertura intermèdia. Les ones electromagnètiques, si n'hi havia, es detectarien perquè la variació del camp magnètic de la ona quan travessa el ressonador provoca una força electromotriu induïda que faria saltar una guspira entre els seus extrems. Les previsions teòriques de Maxwell es van confirmar, i Hertz demostrà experimentalment que les ones electromagnètiques es reflectien i es refractien i produïen interferències igual que les ones lluminoses. Les anomenem ones hertzianes en honor seu.

Sistemes de comunicació de dades que utilitzen les propietats electromàgnetiques

Instal·lació d'un cable submari	Aparell Morse

Transmissió per cable: l'aparició del telègraf va oferir un sistema de transmissió de dades a llarga distància instantani i fiable. Un operador situat en un extrem del cable podia enviar, per mitjà d'un polsador, pulsacions elèctriques de curta durada a un receptor situat a l'altre costat del cable. Aquest receptor disposava d'un electroimant connectat al cable. L'electroimant consta d'una bobina elèctrica amb un nucli de ferro subjectat a una molla. Quan circula el corrent de l'emissor per la bobina, el nucli es desplaça o atrau una làmina de ferro tocant una campana o imprimint sobre un paper en moviment, originant els puntes i ratlles del codi Morse. Aquest codi permet de representar cada lletra i cada número com una successió de punts i ratlles per a la seva transmissió, i també recuperar el seu significat original a l'extrem del cable. Normalment entre estació i estació hi ha dos cables un d'anada i un de tornada de la comunicació. El retorn del corrent elèctric és a través del terra. Aquest mètode va agilitar les comunicacions terrestres. Però fins al 1858 no va ser possible la comunicació entre continents, quan es va travessar l'oceà Atlàntic, mitjançant un cable submarí. Per aquest cable transmetien senyals de telègraf i, posteriorment, de telèfon i televisió.

El telèfon, inventat per Alexander Graham Bell a l'any 1876, representa una millora qualitativa i una possibilitat d'utilització més gran que la del telègraf. A més de lletres escrites, el telèfon permet de transmetre la veu, la música i qualsevol tipus de so que vulguem. La facilitat d'utilització va popularitzar l'ús del telèfon i va propiciar la seva ràpida implantació, fins a convertir-lo en el dispositiu de comunicació més usat actualment. A cada extrem d'una telefònica hi ha un micròfon encarregat de convertir la veu i altres sons en un corrent elèctric, amb un valor de la intensitat que és proporcional al so. A més disposem d'un auricular o altaveu que fa la funció inversa, és a dir, converteix la senyal elèctrica que rep en vibracions d'una làmina de l'auricular o membrana de l'altaveu, que esdevenen vibracions de l'aire, captades per l'oïda humana com a sons. Els telèfons actuals disposen també d'un disc o teclat que permet d'enviar informació a la centraleta telefònica sobre el número amb què volem connectar.

Radiodifusió: Ona electromagnètica emprada en radiocomunicacions. Aquestes ones, anomenades sovint hertzianes, solen tenir una longitud d'ona compresa entre els mil·límetres i els quilòmetres i, segons un conveni internacional establert per la Unió Internacional de les Telecomunicacions (UIT), l'interval corresponent és dividit en bandes que reben noms concrets. En radiodifusió són emprades les anomenades ones llargues, mitjanes i curtes per a AM, i les ultracurtes per a FM. En televisió hom empra ones mètriques i decimètriques (VHF i UHF, respectivament). En els enllaços hertzians són emprades les microones. Les ones radioelèctriques tenen també altres aplicacions, com ara en radiotelegrafia, radiotelefonia, radar, radioastronomia, radionavegació, etc. La radio i la televisió constitueixen un altre element d'accés de la informació utilitzat actualment massivament. des de la seva aparició de forma comercial, els sistemes de radiodifusió han anat creixent gradualment en importància; actualment, són el principal canal de transmissió de noticies i entreteniment, i superen en difusió altres sistemes, com els diaris, el teatre i el cinema. La radiodifusió es basa en la transmissió d'ones electromagnètiques a través de l'aire. El primer pas, és transformar el senyal des de la seva magnitud original (so o imatge) en una ona electrònica i establir una una relació directa entre totes dues que permeti recuperar al final la senyal original. Tota senyal altern (sonor, elèctric o d'un altre tipus) té dos paràmetres que es relacionen i que interessen en qualsevol transmissió: la freqüència i la longitud d'ona. La freqüència que és el nombre de cicles per segon, es mesura en hertz i pot anar de 10 hertz a gigahertz per segon. Guglielmo Marconi, utilitzant com a emissor un oscil·lador de Hertz i com a receptor un cohesor de Branly (els quals havia perfeccionat anteriorment), aconseguí, el 1895, a Bolonya, la transmissió de missatges a uns quants centenars de metres de distància, mitjançant l'alfabet Morse. El 1901 aconseguí de transmetre ones electromagnètiques a través de l'Atlàntic.

Televisió: Transmissió a distància d'imatges en moviment i de sons per mitjà d'ones electromagnètiques o bé de cables. A l'emissora, les imatges a transmetre són convertides en senyals elèctrics mitjançant la càmera de televisió, la qual, proveïda del tub analitzador adequat, fa l'exploració de la imatge. El senyal corresponent a la imatge, anomenat senyal de vídeo, és transmès juntament amb el de so o senyal d'àudio, dins un canal determinat, mitjançant dues portadores (d'imatge i de so, respectivament) d'una freqüència molt elevada (VHF o UHF). Aquestes dues informacions són rebudes al receptor, que s'encarrega de restituir la imatge en el tub i el so per mitjà dels circuits adequats. Hi ha diversos sistemes de televisió, que responen a la seva diferent evolució segons els països. Les característiques dels dos senyals esmentats depenen del sistema de televisió utilitzat; així, un sistema és caracteritzat pel nombre de línies, l'amplada total del canal, el repartiment dels canals, el tipus de modulació (d'imatge i de so), la freqüència de la imatge, els senyals de sincronisme, etc.

La transmissió via satèl·lit és imprescindible en moltes situacions. N'és un cas típic la transmissió de televisió. Les freqüències emprades per la transmissió són absorbides per la superfície terrestre i traspassen fàcilment les capes superiors de l'atmosfera fins que es perden a l'espai. Això implica que qualsevol comunicació de senyals d'aquest tipus només la poden establir entre punts, entre els quals no hi hagi cap obstacle, ni tan sols la curvatura de la Terra.

El làser: els raig làser és un raig de llum amb unes característiques físiques especials, que ens permeten d'utilitzar-lo en determinades aplicacions. Tot i que alguns models de generador de raigs làser poden cremar o fondre objectes, la seva utilitat principal no és aquesta. Actualment, fem servir el làser com a instrument per transmetre informació, per gravar i recuperar dades, música i imatges dels discs compactes, en els giroscopis dels avions, en la fabricació dels circuits integrats i en medicina com a bisturí cauteritzant. Els electrons d'un àtom poden estar en dos estats: excitats i no excitats. En estat excitat, l'electró emmagatzema una determinada quantitat d'energia. Les ones de llum també reben el nom de fotons, si un fotó xoca amb un electró no excitat, el pot fer passar a excitat. Anomenem aquest procés absorció. Normalment un electró que ha estat excitat passa, després d'un cert temps, a l'estat no excitat i emet un fotó. Anomenem aquest procés emissió espontània. És la que produeix el Sol, una bombeta i les flames. Un electró també potser induït a alliberar la seva energia emmagatzemada. Si un fotó passa pel costat d'un electró excitat, aquest torna a l'estat no excitat, mitjançant l'emissió d'un foto de llum, igual al que ha passat inicialment pel seu costat. Coneixem aquest fenomen com l'emissió estimulada i és el fonament del làser. Un làser consta d'un nucli, que pot ser un cristall de robí, de granat o una mescla de gasos, com heli-neó o argó. Aquest nucli, l'excitem per mitjà d'una font d'energia externa que pot ser una descàrrega elèctrica o un raig de llum. Els electrons dels àtoms del nucli passen de l'estat no excitat a excitat. Perquè la majoria pugui passar a l'estat excitat cal que l'excitació sigui molt elevada, d'aquesta manera, els fotons tenen més probabilitat de xocar amb un electró excitat i provocar una emissió estimulada. Introduïm el nucli en una cavitat amb dos miralls als extrems. Cada vegada que un fotó rebota amb un mirall passa pel nucli, generant més fotons, i origina un grup d'ones de la mateixa freqüència i en fase. Si un dels extrems del nucli és parcialment reflector, una part d'aquesta llum pot sortir i constituir el feix làser. Tipus de làser; hi ha diferents tipus de làser en funció del nucli que tingui: làser de gas, el gas pot ser heli, argó, neó o criptó; làser de cristall, on el nucli és un cristall de robí amb petites impureses de crom o granat. Aplicacions del làser: construcció i topografia, impressores d'ordinador, holografies, lectura de codis de barres, transmissió d'informació, discs compactes, giroscopis làser, fabricació de circuits integrats, medicina, treball amb materials industrials, producció de plasma, entre d'altres.

La electrònica: El descobriment de l' efecte termoelectrònic o efecte Edison que tenia lloc a les bombetes de filament al pas d'un corrent elèctric. El 1883 patentà la vàlvula termoiònica. Fenomen consistent en l'emissió d'electrons d'un cos (dita emissió termoelectrònica) deguda a una agitació tèrmica produïda en escalfar-lo a temperatures pròximes a la incandescència. Emissió d'electrons en un metall incandescent, anomenada sovint impròpiament emissió termoiònica, però que caldria anomenar emissió termoelectrònica. El segle XX, John Ambrose Fleming va descobrir el diode de buit, mentre estudiava el funcionament de la bombeta a nivell electrònic. Va observar que, quan escalfava el filament, es generava, a més de llum, un núvol d'electrons. Si col·locava dintre de la bombeta un altre elèctrode carregat positivament, atreia els electrons del núvol i establia un corrent entre tots dos. En canvi, si l'elèctrode tenia carrega negativa, repel·lia els electrons i no es produïa corrent. El dispositiu va rebre el nom de diode rectificador de corrent només permet el pas del corrent en un sentit. L'elèctrode que escalfem, i que emet electrons, l'anomenem emissor o càtode i el que rep els electrons col·lector o ànode. El diode de buit permetia la rectificació de corrents, eliminar les zones positives o negatives d'un senyal, però si el senyal inicial era baix, el senyal resultant també ho era. Calia un dispositiu capaç d'amplificar el senyal. El dispositiu amplificador es va inventar pocs anys després, va ser el triode. Es va col·locar una reixa prop del càtode. Aquesta reixa permet que corrents molt petites controlin el pas de corrent més potent entre el càtode i l'ànode produint una amplificació del senyal. Amb l'aparició del triode, després es van introduir altres reixes i es van anomenar tetrode (poc exitòs) i el pentode amb tres reixes, que amplificava amb més fiabilitat i potència que el triode. (De fet, en la fabricació de receptors d'ones radio, s'utilitza a l'etapa final de potència que envia la senyal al primari d'un transformador que el secundari està connectat a l'altaveu. Moltes vàlvules eren dobles, tenien a la seva constitució un triode i un pentode. Les vàlvules es van utilitzar tant en la construcció d'aparell productors i emissors d'ones hertzianes modulades en amplitud o en freqüència que, enviades a l'espai, eren recepcionades per aparells que feien el procés invers, desmodular l'amplitud o la freqüència i extreure la senyal d'àudio, amplificar-la i enviar-la a l'altaveu. També és van utilitzar en la construcció del primer ordinador, els receptors de televisió i les comunicacions en general. El problema de les vàlvules era la voluminositat, el gran consum d'energia i la dissipació del calor produït (efecte Joule) en el seu funcionament i la fragilitat.

Durant la segona guerra mundial va augmentar la necessitat d'un dispositiu amplificador millor, això va fer que les universitats comencessin a treballar en la recerca d'un dispositiu més resistent, de menys consum, aquest dispositiu fou descobert el 1948 pels físics nord-americans J.Bardeen i W.Brattain, que juntament amb W.Schockley treballaven als laboratoris de la Bell Telephone en un programa de recerca dedicat a investigar els materials semiconductors. Aquests tres físics guanyaren el premi Nobel el 1956 per llur descobriment i pel desenvolupament de les teories físiques que permetien de comprendre el comportament dels materials semiconductors, és el transistor. El transistor és un dispositiu electrònic d'estat sòlid, basat en les propietats conductores dels materials semiconductors, que hom empra per a controlar o amplificar un corrent elèctric. Les seves petites dimensions, fiabilitat, durada, baix consum, preu, etc, els ha permès de substituir avantatjosament els tubs electrònics, de manera que, actualment, aquests només són utilitzats en aplicacions molt especials. L'evolució de l'electrònica dels semiconductors és ben palesa pel que fa al perfeccionament dels transistors, sobretot quant a la tecnologia de fabricació i també en el desenvolupament de nous tipus o models. El primer tipus de transistor, conegut com a transistor de puntes, consistia en dos elèctrodes de germani les puntes dels quals eren gairebé a tocar (uns 50mm). Feble i poc estable, fou abandonat ràpidament en ésser-ne desenvolupat per W.Schockley, el 1951, un nou tipus, anomenat actualment transistor de junció. N'hi ha dos tipus bàsics: el transistor bipolar i l'unipolar. En el primer, la conducció és portada a terme pels dos tipus de portadors de càrrega (electrons i forats), mentre que en el segon només la fa un dels dos (o els electrons o els forats). La tecnificació de la producció dels transistors i la necessitat de reduir el tamanys dels aparells d'ús militar i ha portat al desenvolupament dels circuits integrats que cada vegada són més reduïts i més eficients, poder substituir fils de coure i imants per altres elements que poden integrar-se juntament amb resistències, transistors i condensadors, ha portat a reduir el tamanys dels ordinadors i hem pogut passar de les grans màquines, impossible de tenir en lloc petits, a l'ordinador personal i portàtils, fen possible la comunicació per internet de milions de persones a tot el món. Aixòno hauria estat possible sense les teories sobre les propietats de la matèria que han desenvolupat al llarg de la història els científics teorics que han posat les bases d'aquest desenvolupament tècnic que encara no ha finalitzat i que té moltes possibilitats de portar a la nostra espècie a fites encara no imaginades.