ok ELECTROMAGNETISMO - Udabol Virtual

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
UNIDAD ACADEMICA SANTA CRUZ
Facultad de Ciencia y Tecnología.
Ingeniería de Telecomunicaciones
CUARTO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA
ELECTROMAGNETISMO
Elaborado por: Ing. Edison Coimbra Gutierrez.
Gestión Académica II/2007
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UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01
VISION DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de
la sociedad.
Estimado (a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes,
quienes han puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza
para brindarte una educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para
que organices mejor tus procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos.
Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo.
Aprobado por:
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Fecha: julio de 2007
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2.2.
2.3.
2.4.
SYLLABUS
Asignatura:
Código:
Requisito:
Carga Horaria:
Horas teóricas:
Horas prácticas:
Créditos:
Electromagnetismo.
ITT – 227.
FIS -102A.
80 horas.
60.
20.
8.
I. OBJETIVOS
ASIGNATURA.
GENERALES
DE
TEMA 3. Propiedades eléctricas de los
materiales.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
LA
Conductores y dieléctricos.
Condiciones de contorno para el
campo eléctrico.
Capacitancia.
Energía potencial electrostática.
Método de las imágenes.
UNIDAD III: MAGNETOSTÁTICA.
 Estudiar la teoría electromagnética para
entender la relación entre las fuentes de
campo y los campos resultantes. Analizar
las ecuaciones de Poisson, LaPlace y
Maxwell.
TEMA 4. Campo magnético.
4.1.
4.2.
4.3.
 Entender, en un mundo real en forma
tridimensional, lo que es la electricidad y el
magnetismo
4.4.
4.5.
4.6.
 Analizar e interpretar las características del
comportamiento electromagnético de los
diferentes elementos que componen un
sistema de comunicación.
ANALÍTICO
DE
Fuerzas magnéticas y torque.
Ley de Biot – Savart.
Fuerza
magnética
entre
dos
conductores paralelos.
Ley de Gauss para campos
magnéticos.
Ley de Ampere.
Vector potencial magnético.
TEMA 5. Propiedades magnéticas de los
materiales.
 Explicar el fenómeno de la propagación de
las ondas electromagnéticas en el espacio,
a través de la interpretación de las
ecuaciones de Maxwell.
II. PROGRAMA
ASIGNATURA.
Ley de Coulomb.
Ley de Gauss para campos eléctricos.
Potencial eléctrico escalar.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
Clasificación de los materiales.
Condiciones de contorno
campos magnéticos.
Inductancia.
Energía magnética.
LA
UNIDAD IV: CAMPOS DINÁMICOS.
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN.
TEMA 6. Campos dinámicos.
TEMA 1. Introducción.
6.1.
6.2.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Naturaleza del electromagnetismo.
Dimensiones, unidades y notación.
Espectro electromagnético.
Algebra vectorial.
Cálculo vectorial.
6.3.
7. 1
TEMA 2. Campo electrico.
7. 2
7. 3
Distribución de cargas y corrientes.
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Ley de Faraday.
Loop estacionario en
magnético dinámico.
El transformador ideal.
un
campo
TEMA 7. Conductores en movimiento.
UNIDAD II: ELECTROSTÁTICA.
2.1.
para
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Movimiento de un conductor en un
campo magnético estático.
El generador electromagnético.
Movimiento de un conductor en un
campo magnético dinámico.
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TEMA 8. Ecuaciones de Maxwell.
La contribucion de Maxwell.
La contribución de Hertz.
Condiciones
de
contorno
en
electromagnetismo.
Relación de continuidad cargacorriente.
Potenciales electromagnéticos.
1.- Hacer un resumen de normativas,
estándares y recomendaciones, nacionales e
internacionales, que se refieren a la
exposición electromagnética en la región de
radiofrecuencias. Los límites suelen ser muy
similares y se basan en las recomendaciones
de la Organización Mundial de la Salud
(OMS), dependiente de la ONU, y la
Asociación internacional para la protección
de radiaciones (IRPA).
III. ACTIVIDADES A REALIZAR
VINCULADAS CON LOS CONTENIDOS DE
LA MATERIA
2.- Con base a la información obtenida,
elaborar recomendaciones dirigidas a los
usuarios del servicio de telefonía celular.
8. 1
8. 2
8. 3
8. 4
8. 5
i)
Tipo de asignatura: De apoyo
ii) Resumen de los resultados del
diagnóstico realizado para la detección de los
problemas a resolver en la comunidad.
Aunque no se ha constatado que la radiación
electromagnética
produce
efectos
perjudiciales para la salud, para proteger a
las personas, se han fijado una serie de
niveles de exposición frente a las radiaciones
electromagnéticas, en especial las de
frecuencias de microondas. Por debajo de
estos niveles se garantiza la ausencia de
efectos nocivos para la salud.
iii) Nombre del proyecto o proyectos a los
que tributa la materia en el semestre:
Nombre
del
proyecto:
Radiación
electromagnética.
iv) Contribución de la asignatura a los
proyectos.
Los contenidos de la materia hasta la
finalización permitirán a los estudiantes tener
un conocimiento amplio para poder realizar
proyectos de esta naturaleza.
v) Actividades a realizarse durante el
semestre para la implementación de los
proyectos.
Las actividades a realizarse con relación a
este tema se detallan en el cuadro siguiente:
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Nombre del proyecto: Radiación electromagnética.
Trabajos a realizar por los
Localidad, aula o
estudiantes
laboratorio
Hacer un resumen de normativas,
estándares y recomendaciones,
nacionales e internacionales, que
Aula.
se refieren a la exposición
electromagnética en la región de
radiofrecuencias.
Elaborar
recomendaciones
Aula y barrio
dirigidas a los usuarios de
específico.
telefonía celular.
Incidencia social
Fecha
Semana 3
Presencia sanitaria
Semana 3
IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA.
 PROCESUAL
Durante el semestre se realizarán dos tipos de actividades:
Las primeras serán de aula, que consisten en clases teóricas, exposiciones, ejercicios sobre casos y
trabajos grupales (Work Paper’s y DIF’s).
Las segundas serán fuera de aula, que consisten en la realización de proyectos de dispositivos que
serán probados en laboratorio, y las Brigadas que consistirán en la investigación sobre la existencia y
cumplimiento de normativas para la protección humana frente a la radiación electromagnética de los
sistemas de telefonía celular.
Cada una se tomará como evaluación procesual calificándola entre
independientemente de la cantidad de actividades realizadas por cada alumno.
0
y
50
puntos
 DE RESULTADOS
Se realizarán dos evaluaciones parciales con contenidos teóricos y prácticos. El examen final será
escrito e integral de toda la materia.
Los exámenes parciales y el examen final tendrán una calificación que oscila entre 0 y 50.
V. BIBLIOGRAFÍA.
BÁSICA


CANTU, Luis, Electricidad y Magnetismo. 1988, (621.3 C16).
EDMINISTER, J. Electromagnetismo. 1992, (621.34 Ed55)
COMPLEMENTARIA

SERWAY – BEICHNER. Física para ciencias e ingeniería. Editorial Mc Graw Hil. México.
2000.
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I. CONTROL DE EVALUACIONES.
1° evaluación parcial
Fecha
Nota
2° evaluación parcial
Fecha
Nota
Examen final
Fecha
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APUNTES
VII. PLAN CALENDARIO
SEMANA
ACTIVIDADES
OBSERVAC.
1
TEMA 1. Introducción.
1.1 ---- 1.3.
2
TEMA 1. Introducción.
1.4 ---- 1.5.
3
TEMA 2. Campo electrico.
2.1 ---- 2.2.
4
TEMA 2. Campo electrico.
2.3.
5
TEMA 2. Campo electrico.
2.4.
6
TEMA 3. Propiedades eléctricas de los
materiales.
3.1 ---- 3.2
TEMA 3. Propiedades eléctricas de los
materiales.
3.3 ---- 3.5.
EVAL PARC I
TEMA 4. Campo magnético.
4.1 ---- 4.2.
EVAL PARC I
TEMA 4. Campo magnético.
4.3 ---- 4.4.
7
8
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TEMA 4. Campo magnético.
4.5 ---- 4.6.
11
TEMA 5. Propiedades magnéticas de los
materiales.
5.1.
12
TEMA 5. Propiedades magnéticas de los
materiales.
5.2 ---- 5.3.
Presentación de notas
TEMA 5. Propiedades magnéticas de los
materiales.
5.4.
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TEMA 6. Campos dinámicos.
6.1.
EVAL PARC II
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TEMA 6. Campos dinámicos.
6.2 ---- 6.3.
EVAL PARC II
TEMA 7. Conductores en movimiento.
7.1.
17
TEMA 7. Conductores en movimiento.
7.2 ---- 7.3.
18
TEMA 8. Ecuaciones de Maxwell.
8.1 ---- 8.5.
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EVALUACION FINAL
Presentación de notas
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SEGUNDA INSTANCIA
Presentación de notas
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Presentación de notas
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WORK PAPER # 1
UNIDAD O TEMA: CAMPO ELÉCTRICO.
TITULO: Campo eléctrico de una carga puntual y de una línea de carga.
FECHA DE ENTREGA: Semana 6.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Primera etapa.
alrededor de Q1, como sugiere la Figura 2.
Se observa que el campo es radial y
disminuye con la distancia 1/r2. Esta
variación la representa la longitud de las
flechas.
Ley de Coulomb
La cantidad básica eléctrica es la carga Q.
Una carga aislada está rodeada por un
campo eléctrico que ejerce una fuerza en
todas las demás cargas. Así, una carga +Q2
a una distancia r de una carga +Q1 como se
muestra en la Figura 1, experimenta una
fuerza determinada por la Ley de Coulomb.
Donde Q1 = carga 1, [C]
Q2 = carga 2, [C]
r = distancia radial entre cargas, [m]
= vector unitario en la dirección
radial, sin dimensiones.
 = r o = permitividad del medio.
Figura 2. Campo E de carga puntual.
Campo eléctrico de una línea de carga
Una línea de carga de longitud “infinita”, con
una densidad lineal de carga L (C/m),
produce un campo eléctrico en el punto P
situado a una distancia r de la línea, igual a:
Figura 1. Interpretación Ley de Coulomb.
Campo eléctrico de una carga puntual
El campo eléctrico E en un punto se define
como la fuerza F por unidad de carga Q en
dicho punto. De esta manera,
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 1
1. Si el campo eléctrico E (Figura 2) es 100
V/m a una distancia de 2 m de una carga
puntual Q1, encuentre el valor de Q1.
Asuma que r = 1.
2. Indique la dirección de E para diferentes
polaridades de la carga Q1 del punto
anterior.
3. Defina un campo eléctrico.
4. ¿Cuáles son las principales fuentes de
los campos eléctricos?
Si la unidad de carga en dicho punto es Q =
Q2, se obtiene el campo eléctrico E, cuyas
unidades son N/C o V/m. Así,
Al mover una carga +Q2 alrededor de +Q1
como una sonda o carga de prueba, se
puede explorar el campo eléctrico E
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Figura 3. Línea de transmisión de DC.
5. Defina
los términos permitividad y
permitividad relativa de un dieléctrico.
6. Una carga positiva de 7 pC está situada a
60 cm de una carga negativa de 3 pC.
Encuentre el campo E a la mitad de las
cargas. r = 1.
7. Cuatro cargas de 3 pC se encuentran en
las esquinas de un cuadrado de 1m. Las
dos cargas en el lado izquierdo del
cuadrado son positivas y las dos cargas
en el lado derecho son negativas.
Encuentre el campo E en el centro del
cuadrado. r = 1.
8. Dos conductores largos paralelos de una
línea de transmisión DC separados 2 m,
tienen cargas de L = 5 C/m de signo
opuesto. Ambas líneas están a 8 m del
suelo. ¿Cuál es la magnitud del campo
eléctrico E a 4 m directamente debajo de
uno de los alambres? Vea la Figura 3.
9. ¿Cuál es la magnitud del campo en el
punto P de la Figura 3 si ambas líneas
tienen el mismo signo?
10. Un alambre largo y recto lleva una carga
de 125 nC/m. Encuentre E a una
distancia de 3 m desde el alambre.
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WORK PAPER # 2
UNIDAD O TEMA: CAMPO MAGNETICO.
TITULO: Campo magnético de corrientes eléctricas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 12.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
Campo H alrededor de un alambre.
La Figura 1 muestra un alambre con una
corriente I rodeado por una región en la cual
actúan fuerzas en una brújula magnética o
de agujas. Explorando el campo con una
brújula, se encuentra que un campo
magnético H forma espiras cerradas
alrededor del alambre, con la corriente
fluyendo hacia fuera de la página. El campo
H alinea las agujas de la brújula paralelas al
campo. Con base en la Ley de Biot –Savart,
el campo H de un alambre largo se calcula
con la siguiente integral:
Figura 2. H entre cintas conductoras.
Campo H entre cintas.
La Figura 3 muestra la construcción para
encontrar el campo H en el eje de una espira
(dirección z). La ecuación general obtenida
para calcular Hz es
Figura 1. H alrededor de un alambre.
Campo H entre cintas conductoras.
El campo H entre dos cintas conductoras
aparece como en la Figura 2., y es
esencialmente
uniforme,
siendo
una
constante. Despreciando los efectos de
borde o dispersión,
Donde w = ancho de la cinta, en m.
Figura 3. H de una espira.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 2
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1. ¿Qué dice la Ley de Biot-Savart?
2. ¿Cómo se determina la dirección de un
campo H alrededor de un alambre
conductor?
3. Un alambre largo, recto, porta una
corriente I = 10 A. ¿A qué distancia se
encuentra el campo magnético H = 1
A/m?
4. Encuentre el campo magnético H en un
punto P2 a la mitad entre los alambres de
la Figura 4, con d = 80 cm, y |Iafuera| =
|Iadentro| = 100 A.
5. Si I = 100 A, w = 10 cm para la línea de
cinta de la Figura 2, ¿cuál es el campo H
en el punto P3 entre las cintas?.
6. ¿Cuánta corriente debe fluir en una
espira de radio 0.5 m para producir un
campo magnético H = 1 mA/m en el
centro del plano de la espira? ¿Cuál es el
campo magnético H a una distancia de 2
m de la espira a lo largo de su eje?
7. Encuentre el campo total H en un punto
P1 cercano a una línea de transmisión de
dos alambres de la Figura 5, si d = 80
cm,  = 30 o, y |I1| = |I2| = 100 A.
8. ¿Qué establece la ley de Ampere?
9. ¿Qué contradicción tiene la ley de
Ampere?
10. ¿Qué establece la Ley de AmpereMaxwell?
Figura 4. H para una línea de transmisión.
Figura 5. H para una línea de transmisión.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 3
UNIDAD O TEMA: CAMPO MAGNETICO.
TITULO: Flujo magnético.
FECHA DE ENTREGA: Semana 14.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Segunda etapa.
Flujo magnético
El flujo magnético m
superficie es la integral de la componente
normal del campo magnético (multiplicado por
) sobre el área.
.
En el (supuesto) campo uniforme H entre las
dos cintas de la línea de transmisión de la
Figura 1, la integral se reduce a un simple
producto escalar. Así, el flujo magnético sobre
el área A (= hl) es:
campo
magnético
H
dentro
de
un
enrollamiento de alambre o solenoide de la
Figura 2, está dado por
N = número de vueltas, sin dimensiones
I = corriente del solenoide, en A
L = longitud del solenoide, en m
La inductancia del inductor para el inductor de
N vueltas de la Figura 2, es igual a la razón del
flujo magnético m a través de las N espiras y
la corriente del conductor, por lo tanto:
Donde m = enlace de flujo de una vuelta, en
Wb/m2 o T. También se tiene que
Figura 1. Flujo magnético entre cintas.
Al dividir el flujo magnético entre el área A se
obtiene la densidad de flujo magnético B o flujo
por unidad de área. De esta manera,
Figura 2. Inductor.
CUESTIONARIO DEL WORK PAPER # 3.
r = / = permeabilidad relativa ( =
permeabilidad del aire = 4
7
10 H/m).
Inductores e inductancia
Mientras que los capacitores son útiles para
almacenar energía eléctrica, los inductores son
útiles para almacenar energía magnética. El
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1. ¿Qué es la densidad de flujo magnético?
2. ¿Cuál es el flujo magnético entre las cintas
de la Figura 1, si la corriente de ambas
cintas es |I| = 100 A, w = 10 cm, h = 1 cm y
l = 5 m?
3. ¿Cuál es la densidad de flujo magnético
para el caso de la pregunta anterior?
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4. ¿Qué establece la ley de Gauss para
campos magnéticos? Compárela con la ley
de Gauss para campos eléctricos.
5. ¿Qué es un inductor y cómo se calcula su
inductividad?
6. Describa la analogía que existe entre la
fórmula para calcular la inductividad de un
inductor y la fórmula para calcular la
capacitancia de un capacitor.
7. ¿Cuántas vueltas se necesitan para que un
solenoide de 30 cm de longitud pueda
tener una inductancia de 10 mH? El
diámetro del solenoide es de 4 cm. El
medio es aire (r = l).
8. Un solenoide tiene las dimensiones L = 1.2
m, N = 750 vueltas, diámetro = 10 cm y
corriente I = 1.75 A, r = 5. Encuentre el
campo magnético dentro del solenoide.
9. Los capacitores e inductores son
dispositivos que tienen la capacidad de
almacenar energía. Explique, ¿qué clase
de energía almacena cada uno y cómo se
consigue que lo haga?
10. ¿Qué se obtiene si juntamos un inductor y
un capacitor en un mismos circuito?
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF`S # 1
UNIDAD O TEMA: CAMPO MAGNÉTICO.
TITULO: Campo magnético de corrientes eléctricas.
FECHA DE ENTREGA: Semana 17.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
¿Puede un campo magnético constante en el
tiempo generar una FEM sobre una bobina
estacionaria? Explique.
Además de la bibliografía de la materia, puede
consultar complementar sus conocimientos
con abundante información de páginas de
Internet.
¿Porqué una corriente constante en el tiempo
(corriente directa) puede generar un campo
magnético en una bobina estacionaria?
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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DIF`S # 2
UNIDAD O TEMA: ECUACIONES DE MAXWELL.
TITULO: Onda electromagnética.
FECHA DE ENTREGA: Semana 19.
PERIODO DE EVALUACIÓN: Tercera etapa.
Las ecuaciones de Maxwell describen los
fenómenos
electromagnéticos.
La
gran
contribución de Maxwell fue reunir en estas
ecuaciones
resultados
experimentales,
debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday
y otros, introduciendo los conceptos de campo
y corriente de desplazamiento, y unificando los
campos eléctricos y magnéticos en un solo
concepto: el campo electromagnético.
Consultando la bibliografía de la materia y la
literatura especializada, describa de qué
manera cada una de las cuatro ecuaciones de
Maxwell, aportan en la generación, radiación,
sostenimiento y propagación de una onda
electromagnética.
CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo):
COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo):
GRUPO (máximo cinco integrantes):
AP. PATERNO AP. MATERNO
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Práctica de Laboratorio:
Nº 1
Título: Sensor capacitivo.
Lugar de Ejecución: Laboratorio de
Electrónica.
del material situado entre ellas. Si la sección
de fluido estuviera a una altura Hf, y la altura
del espacio vacío fuera (HHf), entonces la
capacitancia total es equivalente a dos
capacitores en paralelo, o
Nombre y Apellidos:
_____________________________________
_____________________________________
__________________________________
(1)
1. Objetivo:
Construir
un
sensor
capacitivo
cuyo
funcionamiento se basa en alterar la geometría
o las propiedades del dieléctrico del material
situado entre las placas conductoras de un
capacitor.
2. Pregunta central:
Donde w es el ancho de las placas del
electrodo, d es la separación entre
los
electrodos y f y a son las permitividades del
fluido y del aire, respectivamente. Ordenando
la expresión como una ecuación lineal, se
obtiene:
(2)
Donde k = (fa)w / d, y C0 es la capacitancia
del tanque cuando está totalmente vacío.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de los
sensores capacitivos?
3. Consideraciones teóricas:
Sentir es responder a un estímulo. Un
capacitor puede funcionar como un sensor si el
estímulo altera su geometría (generalmente la
separación entre sus placas conductoras) o las
propiedades del dieléctrico del material situado
entre las placas conductoras. Los sensores
capacitivos
son
utilizados
en
varias
aplicaciones. En esta práctica, conoceremos el
método para la medición de nivel de fluido.
Medición de nivel de fluido
Los dos electrodos de metal ilustrados en la
Figura 1, generalmente en forma de placas,
constituyen un capacitor cuya capacitancia es
directamente proporcional a la permitividad
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Figura 1. Tanque para el fluido.
Usando la ecuación lineal (2), la altura del nivel
del líquido puede determinarse midiendo C2;
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medida que puede realizarse usando un
circuito en puente (ver Figura 2). El voltaje de
salida Vsalida es proporcional al desvío entre C1
y C2. Haciendo C1 = C0 (un capacitor fijo) y
conectando los electrodos del tanque (que
forman C2) al circuito en puente, Vsalida se torna
proporcional a la altura del nivel del fluido.
Mediciones en Laboratorio.
Calibre el sensor capacitivo para distintos
valores de nivel de fluido y elabore una tabla
“Hf versus Vsalida“.
Aplicación práctica.
Explique cómo se puede utilizar en la práctica
un sensor capacitivo como el construido.
Grafique una aplicación práctica.
5. Conclusiones
obtenidos
Figura 2. Circuito en puente con una fuente AC
de 150 kHz.
sobre
los
resultados
Organice los resultados obtenidos durante la
práctica para expresarlos mediante cuadros.
6. Fecha de presentación
4. Ejecución de la práctica
Miércoles 28 de marzo de 2007.
I. Equipo y material
 Fuente de voltaje AC de 150 kHz.
 Multímetro con puntas.
 Cables con conectores caimán.
 Cable de alimentación para fuente
de voltaje.
 Tanque de vidrio.
 Electrodos en forma de placas.
 Circuito en puente construido con
dos resistores y un capacitor.
 Recipiente con agua.
Actividades preliminares.
1.- Construya el tanque para el fluido mostrado
en la Figura 1, y mida: el ancho de las placas
(w), la separación entre las placas (d) y la
altura total del tanque (H). Los electrodos
deben tener una altura similar a la del tanque.
2.- Calcule las constantes k y C0 de la
ecuación (2).
3.- Construya el circuito en puente mostrado
en la Figura 2, haciendo que C1 = C0.
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50 puntos: contenido mínimo.
Si se construyen las estructuras de las Figuras
1 y 2, según las especificaciones descritas.
20 puntos: mediciones en laboratorio.
Si se realizan todas las actividades de
laboratorio requeridas.
10 puntos: aplicación práctica.
Si se describe un proyecto para utilizar en la
práctica un sensor capacitivo.
II. Desarrollo.
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7. Bases para calificar el trabajo
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10 puntos: presentación en documento.
Se calificará el orden, coherencia y síntesis del
documento escrito. Se valorarán los análisis y
comentarios sobre el tema.
10 puntos: exposición del trabajo.
Se calificará la creatividad en la presentación,
calidad de la información y la claridad de la
exposición. Se valorarán los análisis y
comentarios individuales.
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Práctica de Laboratorio:
Nº 2
Título: Sensor de proximidad.
Lugar de Ejecución: Laboratorio de
Electrónica.
Nombre y Apellidos:
_____________________________________
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__________________________________
1. Objetivo:
Construir un sensor de proximidad cuya
sensibilidad depende, en parte,
de la
diferencia entre la permitividad de cualquier
objeto y la permitividad del aire (sin objeto
proximo).
2. Pregunta central
¿Cuál es el principio de funcionamiento de un
sensor de proximidad que utiliza un capacitor
de placas adyacentes?
Figura 1. Capacitor de placas adyacentes
con y sin perturbación.
La capacitancia de este capacitor (C), depende
de la forma y tamaño de las placas
conductores y de la permitividad del medio
dieléctrico que contiene al campo eléctrico
entre ellas. La introducción de un objeto
externo en las proximidades del capacitor
perturbará a las líneas de campo eléctrico,
modificando la distribución de cargas en las
placas y el valor de la capacitancia. La
capacitáncia puede medirse con un circuito en
puente (vea la Figura 2). Portanto, este
capacitor (C = C2) pasa a ser um sensor de
proximidad. Su sensibilidad depende, en parte,
de la diferencia entre la permitividad de
cualquier objeto y la permitividad del aire (sin
objeto proximo) y también de las propiedades
conductivas del material.
3. Consideraciones teóricas
Sentir es responder a un estímulo. Un
capacitor de placas adyacentes puede
funcionar como un sensor de proximidad, si el
estímulo perturba el valor de la permitividad del
medio entre las placas, debido a la presencia
de un objeto externo.
Sensor de proximidad
El capacitor de placas adyacentes (vea la
Figura 1) consiste en dos placas metálicas,
situadas en el mismo plano, eletricamente
aisladas una de la otra. Cuando se conectan a
una fuente de voltaje, aparecen en las dos
placas cargas de polaridades opuestas que
generan líneas de campo eléctrico entre ellas.
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Figura 2. Circuito en puente con una fuente AC
de 150 kHz.
4. Ejecución de la práctica
I. Equipo y material
 Fuente de voltaje AC de 150 kHz.
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





Multímetro con puntas.
Cables con conectores caimán.
Cable de alimentación para fuente
de voltaje.
Electrodos en forma de placas
para capacitor adyacente.
Circuito en puente construido con
dos resistores y un capacitor.
Diferentes objetos dieléctricos y
conductores.
II. Desarrollo
Actividades preliminares.
1.- Construya el capacitor adyacente mostrado
en la Figura 1.
2.- Desarrolle una ecuación lineal que exprese
el valor de la capacitancia en presencia de un
objeto externo, y que esté en función de la
permitividad del objeto externo.
3.- Construya el circuito en puente mostrado
en la Figura 2, haciendo que C1 = C0, donde C0
es la capacitancia sin un obejto proximo.
Mediciones en Laboratorio.
Calibre el sensor de proximidadad para
distintos tipos de objetos, dielétricos y
conductores. Elabore una tabla “Permitividad
relativa r versus Vsalida“.
Aplicación práctica.
Explique cómo se puede utilizar en la práctica
un sensor de proximidad como el construido.
Grafique una aplicación práctica.
5. Conclusiones
obtenidos
sobre
los
resultados
Organice los resultados obtenidos durante la
práctica para expresarlos mediante cuadros.
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Práctica de Laboratorio:
Nº 3
Título: Sensor inductivo.
Lugar de Ejecución: Laboratorio de
Electrónica.
el embobinado primario en el embobinado
secundario, induciendo así un voltaje de
salida (Vsalida) en él.
Sensor de
parásita.
Nombre y Apellidos:
____________________________________
____________________________________
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proximidad
por
corriente
El
principio
de
funcionamiento
del
transformador puede ser aplicado en la
construcción de un sensor de proximidad, en
el cual el voltaje de salida (Vsalida) del
embobinado secundario se convierte en un
indicador sensible a la presencia en las
proximidades de un objeto conductor. (Vea la
Figura 1). Cuando el objeto se coloca al
frente del embobinado secundario, el campo
magnético que atraviesa el embobinado
induce corrientes parásitas (circulares) en el
objeto no objeto, las cuales generan campos
magnéticos con una dirección que se opone
al campo magnético del embobinado
secundario. La reducción del flujo magnético
ocasiona que el voltaje de salida sea más
bajo. Esta variación en el voltaje de salida
depende de las propiedades conductivas del
objeto y de su distancia al sensor.
1. Objetivo:
Construir
un sensor
inductivo
cuyo
funcionamiento se basa en reducir el flujo
magnético que atraviesa el embobinado
secundario de un transformador.
2. Pregunta central
¿Cuál es el principio de funcionamiento de
los sensores inductivos?
3. Consideraciones teóricas
El acoplamiento magnético entre bobinas
diferentes constituye la base para los
diferentes tipos de sensores inductivos. Una
de las aplicaciones que se analizará en esta
práctica es la detección de la aproximación
de objetos conductores.
El transformador
Un transformador comprende un embobinado
primario conectado a una fuente de voltaje
AC (Ventrada, típicamente una onda senoidal
en una banda de frecuencia de 1 a 10 kHz) y
un
embobinado
secundario,
ambos
compartiendo
el
mismo
núcleo
ferromagnético. El núcleo magnético sirve
para acoplar el flujo magnético generado por
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Figura 1. Sensor de proximidad por corrientes
parásitas.
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4. Ejecución de la práctica
7. Fecha de presentación
I. Equipo y material
 Fuente de voltaje AC (1 a 10
kHz).
 Multímetro con puntas.
 Cables con conectores caimán.
 Cable de alimentación para
fuente de voltaje.
 Transformador con núcleo
magnético.
 Diferentes objetos dieléctricos y
conductores.
Miércoles 9 de mayo de 2007.
7. Bases para calificar el trabajo
50 puntos: contenido mínimo.
Si se construye la estructura de la Figura 1,
según las especificaciones descritas.
20 puntos: mediciones en laboratorio.
Si se realizan todas las actividades de
laboratorio requeridas.
II. Desarrollo
Actividad preliminar.
10 puntos: aplicación práctica.
Si se describe un proyecto para utilizar en la
práctica un sensor capacitivo.
Construya el transformador mostrado en la
Figura 1. La relación de vueltas se elegirá de
manera que el voltaje de salida (Vsalida) pueda
ser comparado con los cambios que
producirán
las
corrientes
parásitas
generadas en el objeto externo.
10 puntos: presentación en documento.
Se calificará el orden, coherencia y síntesis
del documento escrito. Se valorarán los
análisis y comentarios sobre el tema.
10 puntos: exposición del trabajo.
Se calificará la
creatividad en la
presentación, calidad de la información y la
claridad de la exposición. Se valorarán los
análisis y comentarios individuales.
Mediciones en Laboratorio.
Calibre el sensor de proximidad para
distintos tipos de objetos, dieléctricos y
conductores. Elabore una tabla “Tipo de
objeto versus Vsalida”.
Aplicación práctica.
Explique cómo se puede utilizar en la
práctica un sensor de proximidad como el
construido. Grafique una aplicación práctica.
6. Conclusiones sobre los resultados
obtenidos
Organice los resultados obtenidos durante la
práctica para expresarlos mediante cuadros.
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PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
VISITA TÉNICA # 1
UNIDAD O TEMA: RADIACION ELECTROMAGNETICA DE LOS SISTEMAS DE
TELEFONIA CELULAR
LUGAR: ENTEL Móvil, Telecel o Nuevatel.
FECHA PREVISTA: Semana 3.
RECURSOS NECESARIOS:
OBJETIVOS DE LA ACTIVIDAD: verificar el cumplimiento de normativas relacionadas con
el establecimiento de los límites de exposición que garanticen la protección sanitaria del
público en general ante la radiación electromagnética de los sistemas de telefonía celular.
FORMAS DE EVALUACIÓN: esta actividad es parte de las Brigadas, por lo que su
evaluación está considerada junto con la de ella.
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TRABAJO DE INVESTIGACIÓN BRIGADAS UDABOL
TEMA: RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
TITULO: Efectos sobre la salud de la radiaron electromagnética
FECHA DE ENTREGA: Semana 3. Miércoles 14 de marzo de 2007.
PERIODO DE AVALUACIÓN: Primera fase.
Aunque no se ha constatado que la radiación
electromagnética produce efectos perjudiciales
para la salud, para proteger a las personas, se
han fijado una serie de niveles de exposición
frente a las radiaciones electromagnéticas, en
especial las de frecuencias de microondas. Por
debajo de estos niveles se garantiza la
ausencia de efectos nocivos para la salud. Las
actividades a realizarse con relación a este
tema son las siguientes:
1.- Normativas
Hacer un resumen de normativas, estándares
y
recomendaciones,
nacionales
e
internacionales, que se refieren a la exposición
electromagnética
en
la
región
de
radiofrecuencias. Los límites suelen ser muy
similares y se basan en las recomendaciones
de la Organización Mundial de la Salud (OMS),
dependiente de la ONU, y la Asociación
internacional para la protección de radiaciones
(IRPA).
2.- Cumplimiento de normativas
Visitar a las empresas de telefonía celular
ENTEL Móvil, Telecel y Nuevatel, para verificar
el cumplimiento de normativas relacionadas
con el establecimiento de los límites de
exposición que garanticen la protección
sanitaria del público en general ante la
radiación electromagnética de los sistemas de
telefonía celular.
Con base a la información recabada, elaborar
recomendaciones dirigidas a los usuarios del
servicio de telefonía celular.
Presentación
Los trabajos deben ser entregados y
expuestos en la fecha que se indica. La
presentación se hará en Power Point.
Bases para calificar el trabajo
30 puntos: contenido mínimo.
Si el contenido responde a lo pedido en cada
uno de los puntos.
30
puntos:
procesamiento
de
la
información.
Si la información obtenida de la literatura
especializada ha sido procesada, analizada y
sintetizada para una mejor comprensión.
20 puntos: presentación en documento.
Se calificará el orden, coherencia y síntesis del
documento escrito. Se valorarán los análisis y
comentarios sobre el tema.
20 puntos: exposición del trabajo.
Se calificará la creatividad en la presentación,
calidad de la información y la claridad de la
exposición. Se valorarán los análisis y
comentarios individuales.
3.- Recomendaciones
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