Electricidad y Magnetismo Presentación

Electricidad y Magnetismo
Presentación
Electricidad y Magnetismo
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Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones.
Asignatura de 2º Curso. Primer Cuatrimestre.
Profesor: Miguel Calvo Ramón.
Horario de Clases:
– Grupo 22 Aula A137. Lunes y Jueves de 9 a 11.
• Calendario de Clases:
– En el plan de estudios: 6 Créditos: 60 Horas.
– Este año: (14 Lunes + 14 Jueves )*2horas= 56 Horas (Reales)
• Tutorías (Edificio C Despacho 412):
– Preferente:
– Otras:
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El plan de estudios P94. Relación con otras
asignaturas troncales y obligatorias.
Campos
Electromag.
II
Campos
Radiación y
Electromag.
Propagación
I
Electricidad
Física I
Eléctronicas
Y
Análisis de
circuitos
Magnetismo
Física II
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Objetivos
• Recopilar, ordenar y fijar conocimientos previos:
– Física I y II.
• Sentar las bases para desarrollos avanzados:
– Ondas Electromagnéticas planas (CEM1)
– Líneas de transmisión y guías de onda (CEM2)
– Radiación (RDPR)
• Justificar aproximaciones utilizadas en otras asignaturas:
– Lemas de Kirchoff (Análisis de Circuitos)
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El plan de estudios P94.
Relación con asignaturas optativas.
• Estructura de la Materia (TAT); Fundamentos de la Ciencia de
los Materiales (TAT)
– En estas dos asignaturas se justifican los comportamientos de los
materiales frente a los campos eléctricos y magnéticos.
• Análisis Vectorial (MAT)
– Se estudian los conceptos de análisis vectorial utilizados en esta
asignatura con mayor rigor.
– Se estudian técnicas de resolución (analíticas y numéricas) de
ecuaciones importantes de esta asignatura.
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Programa de la Asignatura
• Tema 1. Introducción.
– Sistemas de coordenadas. Concepto de campo. Invarianza.
Operadores vectoriales: Gradiente, Divergencia, Rotacional,
Laplaciana y Derivada respecto a un escalar. Teoremas asociados:
Gauss y Stokes. Identidades.
• Tema 2. Ecuaciones de Maxwell.
– Formas diferencial e integral. Justificación. Magnitudes asociadas:
Campos eléctricos y magnéticos, densidades de carga y de
corriente. Ecuaciones de estado. Ley de Ohm generalizada. Ecuación
de continuidad.
• Tema 3. Electrostática.
– Definición. Ley de Coulomb y ecuación integral del campo
electrostático en tres dimensiones. Ley de Gauss y aplicaciones.
Potencial electrostático. Ecuación integral del campo electrostático
en 2 dimensiones. Ecuaciones de Poisson y de Laplace, condiciones
de contorno, regularidad y de interfase. Teorema de Unicidad.
Campo lejano de una distribución, el dipolo eléctrico, desarrollo
multipolar del campo electrostático. Problemas con conductores,
influencia total y capacidad. Energía electrostática y fuerzas.
Justificación de las propiedades macroscópicas de los materiales.
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Programa de la Asignatura (2)
• Tema 4. Corrientes estacionarias.
– Definición. Propiedades. Fuerza electromotriz. Dieléctricos y
conductores. Condiciones de Contorno. Resistencia.
• Tema 5. Magnetostática.
– Definición. Potencial vector. Ley de Biot y Savart. Ley de Ampère.
Campo en puntos alejados, momento magnético. Energía.
Coeficientes de Inducción. Fuerzas.
• Tema 6. Campos cuasiestacionarios.
– Introducción. Campo eléctrico y campo magnético. Ley de Faraday y
fuerza electromotriz inducida. Justificación de los lemas de Kirchoff.
• Tema 7. Electrodinámica.
– Introducción. Potenciales electrodinámicos. Soluciones para medio
indefinido.
– Comparación con la variación lenta.
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Documentación y Bibliografía Básica.
• Documentación:
– Transparencias: http://www.gr.ssr.upm.es/eym
– Hojas de Problemas, repartidas en clase.
– “Apuntes de Electricidad y Magnetismo”. Miguel Calvo Ramón,
Leandro de Haro y Ariet, José L. Fernández Jambrina, Fernando las
Heras Andrés. Publicaciones, 2ª edición, Octubre 1996.Revisado
Junio 2005
• Bibliografía:
– “Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería”. David K.
Cheng. Addiison Wesley 1997.
– “Teoría Electromagnética. Principios y Aplicaciones”, Carl T. A.
Johnk. Ed. CIMASA, 1981.
– “Campos y Ondas Electromagnéticas”. Paul Lorrain, Dale R.
Corson. Selecciones Científicas. 1979.
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Calificación
• Ejercicios y asistencia: 1 punto adicional convocatoria de
Febrero.
– Se propondrán ejercicios en clase durante el curso y se calificarán.
– Se pasará control de asistencia a clase
• Examen final:
– 4 partes de igual valor. De 30 a 45 minutos cada una.
» Teoría: 10 Cuestiones cortas de igual valor. Se contesta
razonadamente en la misma hoja de enunciado.
» Problema 1: Ecuaciones fundamentales. Electrostática: Ley de
Gauss o aportaciones.
» Problema 2: Ecuación de Laplace: Electrostática o Corrientes
estacionarias.
» Problema 3: Magnetostática y Variación temporal lenta.
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Electromagnetismo e Ingenieria de
Telecomunicación.
Suele entenderse por ingeniero a la persona capacitada para el ejercicio de la
ingeniería, y suele entenderse por ingeniería a la aplicación de los
conocimientos y métodos científicos y técnicos al desarrollo industrial de la
sociedad. En el caso de la Telecomunicación las técnicas y tecnologías a
estudiar e implementar serán las de Comunicaciones, Electrónica e Informática.
Podemos entender por sistemas de telecomunicación a los sistemas de
comunicación a distancia que se caracterizan por utilizar las señales eléctricas
como soporte de la información.
Todo sistema de comunicación requiere tres elementos constitutivos
fundamentales: el emisor, el canal y el receptor. El emisor es el elemento del
que procede la información, el receptor es el elemento al que se quiere enviar la
información generada en el emisor y el canal es el elemento a través del cual la
información generada por el emisor alcanza al receptor.
Emisor
Canal
Receptor
Elementos constitutivos de un sistema de comunicación
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Electromagnetismo e Ingeniería de
Telecomunicación
En los sistemas de telecomunicación existen dos tipos de canales que permiten
transferir las señales eléctricas del emisor al receptor: las líneas de transmisión
y los canales radioeléctricos.
En el primer caso existe una conexión física entre transmisor y receptor, la línea
de transmisión, por la que se propagan las corrientes y tensiones. En el
segundo caso la señal que lleva la información enlaza emisor y receptor por
medio de ondas electromagnéticas que se propagan en el medio dieléctrico
existente entre ambos.
Línea de Transmisión
Emisor
Receptor
Canal Radio
Emisor
Receptor
Tipos fundamentales de canales de telecomunicación
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Ámbito de Aplicación
El ámbito fundamental de aplicación de los estudios de Teoría
Electromagnética que requiere la ingeniería de Telecomunicación cae de lleno
en el estudio del comportamiento de las señales en los canales y del diseño
de los elementos de acoplamiento entre estos y los emisores y receptores.
Por tanto el interés se centrará en el estudio de los campos y ondas
electromagnéticos que permitirán la descripción de los fenómenos que se
producen en los canales de telecomunicaciones.
En lo que sigue, por tanto, estaremos interesados en la descripción de los
fenómenos ondulatorios en un tipo de campo (el Campo Electromagnético) y
para un tipo de aplicaciones (las de la ingeniería de las Telecomunicaciones).
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