Electromagnetismo - Escuela de Ingeniería Electrónica

:
Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas,
Ingenieria y Agrimensura
Ciclo lectivo:
2003
Identificación de la asignatura
A.2.15.2 - ELECTROMAGNETISMO
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 1 de 13
Profesor a cargo de la cátedra:
Ing. Félix Julio Sesma
Carrera en la que se dicta:
Ingeniería Electrónica
Plan de Estudios:
1996
Código identificatorio:
A.2.15.2
Ubicación: Nº de cuatrimestre (1-10):
4 (cuatro)
Nº de Horas-Reloj Semanales:
5 (cinco)
Nºde semanas de clases:
16 (dieciséis)
Carácter (Obligatoria / Electiva):
Obligatoria
Bloque curricular al cual pertenece:
Tecnologías Básicas
Escuela a cargo de su dictado:
Ingeniería Eléctrica
Departamento a cargo de su dictado:
Electrotecnia y Metrología
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 2 de 13
Modalidades de enseñanza y Carga horaria
Carga horaria
semanal
2
Teórica
Resolución de problemas rutinarios
Carga horaria
total
32
3
48
Laboratorio
-
-
Trabajo de campo
-
-
Resolución de problemas de Ingeniería
-
-
Proyectos y diseño
-
-
En el sector productivo de bienes y/o servicios
-
-
En la institución
-
-
5
80
Formación experimental
Práctica supervisada
Sumatoria
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 3 de 13
Asignaturas relacionadas
Código
Nombre
Asignaturas anteriores relacionadas
(de las cuales se nutre)
A.1.6.2
A.2.9.1
A.2.12.2
Algebra y Geometría II
Análisis Matemático III
Física III
Asignaturas simultáneas relacionadas
A.2.14.2
(con las cuales debería existir algún nivel
de integración o complementación)
Teoría de Circuitos I
Asignaturas posteriores relacionadas
(a las cuales aporta)
Mediciones I
Máquinas Eléctricas
A.3.17.1
A.3.21.2
Características generales de la asignatura
A partir de las ecuaciones de Maxwell se apunta al campo electromagnético tanto en regímenes
estacionarios (independientes del tiempo) como los lentamente variables (de las grandes distribuciones de
energía) y los rápidamente variables (de las comunicaciones).
Aporte de la asignatura a la formación del graduado
Es una asignatura del género de la Físico-Matemática que presenta los fenómenos del campo
electromagnético con el fin de obtener diversos fundamentos para su aplicación en las máquinas, las
mediciones, los dispositivos para control y las comunicaciones.
Objetivos de la Asignatura
Los objetivos fundamentales consisten en que el alumno sea capar de:
 Comprender los conceptos de Campo Electromagnético y de Ondas Electromagnéticas.
 Interpretar y evaluar desde el punto de vista electromagnético los elementos componentes de los
circuitos eléctricos (resistencia, inductancias propia y mutua, capacidad, fuentes)
 Efectuar balances energéticos.
 Interpretar los fenómenos de efecto pelicular y de proximidad, la radiación y la propagación de las
ondas.
 Comprender algunas ideas muy simples relativas a propagación para comunicaciones..
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 4 de 13
Contenidos
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 5 de 13
CAP. 0
UNIFICACIÓN DEL LENGUAJE FÍSICO-MATEMÁTIC0
0.1 Matemática
0.1.1 Campos escalares y vectoriales.
0.1.1.1 Definiciones
0.1.1.2 Integrales de línea como trabajo. Integrales de superficie como flujos. Integrales
de volumen.
0.1.1.3 Operador nabla. Gradiente. Divergencia. Rotor. Laplaciano.
0.1.1.4 Potenciales escalar y vectorial.
0.1.2 Ecuaciones diferenciales
0.1.2.1 Ecuaciones diferenciales ordinarias y a derivadas parciales. Ecuación de onda.
Soluciones.
0.1.2.2 Problemas de valores iniciales y de contorno.
0.1.3 Integrales.
0.1.4 0.1.3.1 Convergencia de integrales impropias.
0.1.5 0.1.3.2 Integrales impropias con más de una variable.
0.1.6 0.1.3.3 Derivación bajo el signo integral
0.2 Física
0.2.1Generalidades.
0.2.1.1 Homogeneidad, isotropía y linealidad.
0.2.1.2 Principio de superposición
0.2.1.3 Conceptos de anulación de una magnitud, de proximidad y lejanía.
0.2.1.4 Clasificación de regímenes en: estacionario, lentamente y rápidamente variables,
armónicos, periódicos.
0.2.1.5 Concepto de fuerzas generalizadas.
0.2.1.6 Líneas de campo. Su interpretación e importancia. Tubo de flujo. Tubo Equiflujo.
Propiedades. Fuentes y sumideros.
0.2.2 Campo eléctrico.
0.2.2.1 Principio de conservación de carga.
0.2.2.2 Ley de Gauss. Ejemplo crítico.
0.2.2.3 Definición de capacidad
0.2.2.4 Ley de Ohm y resistencia superficial.
0.2.3 Campo magnético
0.2.3.1 Ley de Ampére-Maxwell. Ejemplo crítico.
0.2.3.2 Día, para y ferromagnetismo
CAP 1
ELECTROSTÁTICA
1.0 Sistema de ecuaciones de Maxwell
1.0.1 Importancia y crítica
1.0.2 Las ecuaciones del sistema y sus relaciones complementarias.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
1.0.3 Comentarios a cada una de las ecuaciones.
1.1 Régimen Estacionario
1.1.1 El sistema de ecuaciones de Maxwell en régimen estacionario.
Página 6 de 13
2.3 Coeficientes de inducción
2.3.1 Definición de los coeficientes de inducción propia, mutua y aparente.
2.3.2 Relaciones entre ellos. Propiedades generales.
2.3.3 Propiedad de reciprocidad.
2.3.4 Definiciones a través de f.e.m.i. y de energía.
2.3.5 Coeficiente de autoinducción de un conductor rectilíneo muy largo. Su cálculo por
energía.
2.4 Energía del campo magnético y fuerzas.
2.4.1 Energía del campo magnético
2.4.1.1 Su expresión en función de parámetros integrales. Aspectos.
2.4.1.2 Su expresión en función de los parámetros locales generadores. Aspecto.
2.4.1.3 Su expresión según los parámetros de Maxwell. Aspecto.
2.4.1.4 Energía por unidad de volumen. Comentarios.
2.4.2 Fuerzas entre conductores recorridos por corrientes con inductancia mutua
variable.
2.4.3 Segunda Ley de Laplace. Su expresión y su crítica.
3. CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
3.1 Fuerza electromotriz y resistencia
3.1.1 Fuerza electromotriz (f.e.m.)
3.1.1.1 Introducción. Comentarios. Concepto de campo impreso. Su modelo.
3.1.1.2 Comentario al régimen variable.
3.1.2 Ley general de la inducción. Generación de f.e.m.
3.1.2.1 Expresión de la f.e.m. de un circuito que se despalza sumergido en un campo
magnético variable. Coherencia con el modelo.
3.1.2.2 Ejemplos críticos de f.e.m. Aplicaciones varias.
3.1.2.3 Comentarios al carácter de una f.e.m.
3.1.3 Resistencia.
3.1.3.1 Definiciones previas. Ley de Ohm puntual. Algunas propiedades.
3.1.3.2 Ley de Ohm integral. Cálculo de resistencias y conductancias.
3.1.3.3 Relación entre conductancia y capacidad.
3.1.3.4 Condiciones de borde entre dos medios conductores.
3.1.3.5 Resistencia y conductancia superficial. Aplicaciones.
3.1.4 Dispositivos
3.1.4.1 Aplicación de los conceptos de f.e.m., resistencia y esfuerzos, para su análisis.
3.1.4.2 Aplicaciones tecnológicas.
3.1.5 Puestas a tierra de protección (Opcional).
3.1.5.1 Generalidades. ¿Qué es lo que provoca un accidente? Corrientes tolerables por
el cuerpo humano.
3.2 Ecuaciones diferenciales de los vectores característicos del campo
electromagnético en régimen variable
3.2.1 Introducción.
3.2.1.1 Reordenamiento volumétrico.
3.2.1.2 Ecuaciones de Maxwell en régimen variable
3.2.1.3 Su expresión para medios isótropos.
3.2.2 Aspecto de las ecuaciones diferenciales de B, E, H, D, A y .
3.2.3 Transformación normal
3.2.4 Condición Lorentz.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 7 de 13
3.2.5 Ecuaciones de ondas.
3.2.6 Potenciales electrodinámicos según Lorentz.
3.3 Balance energético en el campo electromagnético
3.3.1 Introducción y objetivo
3.3.2 Balance energético a partir de las ecuaciones de Maxwell.
3.3.3 Energía disipada por histéresis. Aspecto.
3.3.4 Vector de Poynting. Comentarios.
3.3.5 Ejemplos críticos.
3.4 Método simbólico
3.4.1 Introducción y nomenclatura.
3.4.2 Propiedades de los fasores.
3.4.3 Potenciales retardados en forma compleja.
3.4.4 Vector de Poynting complejo
3.4.5 Balance energético en el campo complejo.
3.5 Vínculo entre la teoría electromagnética y la teoría de circuitos
3.5.1 Introducción
3.5.1.1 Historia. Parámetros puntuales e integrales.
3.5.1.2 Corrientes de fuga y de desplazamiento. No simultaneidad entre causa y efecto.
3.5.2 Sobre la Primera Ley de Kirchoff.
3.5.2.1 Caracterización de un conductor. Incidencia de la frecuencia.
3.5.2.2 Primera Ley de Kirchoff y su crítica.
3.5.2.3 Concepto de parámetros distribuidos. Modelos para su introducción.
3.5.3.3 Resistencia de radiación.
3.5.3 Sobre la Segunda Ley de Kirchoff.
3.5.3.1 Hipótesis.
3.5.3.2 Segunda Ley de Kirchoff y su crítica.
3.5.4 Incidencia del retardo temporal sobre los campos electromagnéticos.
3.5.4.1 Comentarios sobre los potenciales retardados según Lorentz.
3.5.4.2 Incidencia sobre el campo magnético. Campo próximo y remoto.
4. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
4.1 Propagación del campo electromagnético variable.
4.1.0 Condiciones de contorno en régimen variable.
4.1.1 Fenómeno de la propagación de una discontinuidad en un medio continuo.
4.1.2 Propiedades de la propagación.
4.1.3 Velocidad de la propagación.
4.1.4 Propagación de la energía.
4.1.5 Vínculo entre campos.
4.2 Ecuaciones del campo electromagnético en forma compleja.
4.2.1 Ecuaciones de Maxwell en forma compleja.
4.2.2 Permitividad y permeabilidad compleja. Operadores complejos.
4.2.3 Ecuaciones de Helmholtz.
4.2.4 Ondas planas, esféricas y cilíndricas. Críticas
5. ONDAS PLANAS
5.1 Generalidades
5.1.1 Definición. Interés
5.1.2 Propiedades generales
5.1.3 Propagación de la energía.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 8 de 13
5.2 Ondas planas en medios generales
5.2.1 Ecuación de Helmhotz. Solución general.
5.2.2 Onda directa. Onda reflejada.
5.2.3 Propiedades. Impedancia. Velocidad de fase.
5.2.4 Onda progresiva y onda estacionaria. Comparación. Composición y
descomposición.
5.3 Ondas planas en medios aislantes.
5.3.1Propiedades. Coeficientes.
5.3.2 Vector de Poynting. Balance energético.
5.4 Ondas planas en medios conductores.
5.4.1Propiedades. Coeficientes.
5.4.2 Atenuación. Interpretación física.
5.4.3 Vector de Poynting. Balance energético.
5.5 Interfaces de ondas planas generales.
5.5.1 Incidencia normal. Reflexión y transmisión. Casos particulares.
5.5.2 Generalización de la expresión de una onda plana. Vector onda.
5.5.3 Vector de Poynting. Balance energético. Interpretación.
CAP. 6
APLICACIONES TECNOLÓGICAS
6.1 Efecto pelicular
6.1.1 Descripción del fenómeno.
6.1.2 Relaciones matemáticas
6.1.3 Datos técnicos
6.2 Efecto de proximidad
6.2.1 Descripción del fenómeno
6.2.2 Origen del término.
6.3 Sobre radiación
6.3.1 Introducción a la aplicación de resistencia equivalente por radiación y propagación
según vector de Poynting con potenciales retardados a las antenas pequeñas.
6.3.2 Caso de antena de cuadro pequeña.
6.3.3 Caso del dipolo corto.
BIBLIOGRAFÍA
Cap. “0” :
Cap. “1” :
Cap. “2” :
Cap. “3” :
Cap. “4” :
Cap “5” :
Cap “6” :
FCEIA-UNR
(1) ó [(13) - (22) - (19) - (7) - (18)]
(2) - (7) y (8) ó [(13) - (22) - (19) - (17) - (12) - (16)]
(3) ó [(13) - (22) - (12) - (16)]
(4) ó [(13) - (22) - (16)]
(5) ó [(20) - (21)]
(6) ó [(9)]
(23) ó [(10) – (12) – (15) – (16) – (17) – (20) – (22)]
Planificación de Asignaturas
Página 9 de 13
Código:
B En Biblioteca de Facultad (con su número bibliográfico).
C En poder de la Cátedra.
E-F Disponibles para fotocopias en CECEIA y otras próximas a Facultad.
(1) E-F
SESMA, 1992.
Cap. "0" "Introducción Físico-Matemática.
(2) E-F
SESMA, 1989.
Cap. I "Electrostática".
(3) E-F
SESMA, 1989.
Cap. II "Campo Magnético".
(4) E-F
SESMA, 1990.
Cap. III "Campo Electromagnético".
(5) E-F
SESMA, 1991.
Cap. IV "Ondas Electromagnéticas".
(6) C
SESMA, 1994.
Cap. V "Ondas planas".
(7) B-537.2/A-613
ANNEQUIN-BOUTIGNY, 1976.
"Curso de ciencias Físicas" (Electricidad I), Ed. Reverté, Barcelona.
(8) D
BENITO, 1972.
"Problemas de Campos Electromagnéticos", Ed. AC-Madrid.
(9) B-53/B-512
BERKELEY, 1974.
"Curso de Física" (Tomo III), Ed. varias, Buenos Aires.
(10)B-537.8/B-621
BISCEGLIA-ZUBKOV-FERNANDEZ, 1982.
"Curso de Electromagnetismo", Ed. Nueva Librería, Buenos Aires.
(11)B-537.8/F-517
FIODOROV, 1982.
"Fundamentos de Electrodinámica", Ed. MIR, Moscú.
(12)B-537.8/H-768
HAMMOND, 1976.
"Electromagnetismo Aplicado", Ed. Labor, Barcelona.
(13)B-535.13/H-426c
HAYT, 1979.
"Teoría Electromagnética", Ed. Mc Graw-Hill, Bogotá.
(14)B-537.86/J-82
JORDAN-BALMAIN, 1978.
"Ondas Electromagnéticas", Ed. Paraninfo, Madrid.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 10 de 13
(15)B-538.3/K-91
KRAUS, 1960.
"Electromagnetismo" (4ª Edición) Ed. El Ateneo, Buenos Aires.
(16) C
KRAUS, 1984
"Electromagnetismo" (3ª Edición) Ed. Mc. Graw-Hill, México.
(17) B-621.3/M-896
NETUSHIL-POLIVANOV, 1959.
"Principios de Electrotecnia" (Tomo III), Ed. varias, Buenos Aires.
(18) B-537/P-153
PALACIOS, 1945.
"Electricidad y Magnetismo", Ed. Espasa-Calpe, Madrid
(19) B-537/P-978c
PUGH-PUGH, 1965.
"Fundamentos de Electricidad y Magnetismo", Ed. Aguilar, Madrid.
(20) B-621.3/R-175
RAMO-WHINNERY-VANDUZER
"Campos y Ondas", Ed. Pirámide, Madrid.
(21) B-538.56/T-676
TORALDO DI FRANCIA, 1953.
"Onda Electromagnetiche", Ed. Zanicheli, Bologna.
(22) B-537/Z-19
ZAHN, 1991.
"Teoría Electromagnética", Ed. Mc. Graw-Hill, México.
(23) E-F
SESMA, 1996.
“Aplicaciones Tecnológicas”
Firma Profesor
Aprobado Escuela
Fecha
Fecha
Aquí finaliza lo que constituiría el Programa Analítico de la Asignatura, que aprueba el
CD y debe actualizarse cada vez que sufra cambios. Es lo que se usaría para los
trámites de equivalencias para alumnos que cambian de carrera o de facultad. Esta
parte debe ser oportunamente aprobada por el CD.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 11 de 13
El resto forma parte del formulario de Planificación que no se aprueba por CD y que el
profesor actualiza y comunica a sus alumnos cada año. El documento completo se
publicaría en la página web de la FCEIA al comienzo del cuatrimestre.
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 12 de 13
Equipo de Cátedra
Estrategias didácticas
Evaluación y Condiciones de Promoción y de Aprobación
Análisis de coherencia
Cronograma de actividades
Plan de Integración o articulación con otras asignaturas
FCEIA-UNR
Planificación de Asignaturas
Página 13 de 13