a-435 - Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA - UNR
PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA: ELECTROMAGNETISMO
CÓDIGO: A-2.15.2
PLAN DE ESTUDIOS: 99
CARRERA: ING. ELECTRÓNICA
PRESUPUESTO HORARIO SEMANAL PROMEDIO
DEPARTAMENTO: ELECTROTEC. Y METROLOGÍA
PROFESOR: FÉLIX JULIO SESMA
1999
TEORÍA:
PRÁCTICA:
LABORATORIO:
TOTAL ASIGNADO:
2
1
3
0
5
2
DEDIC. DEL ALUMNO FUERA DE CLASE:
5
5
PRESUPUESTO TOTAL:
10
6
5+4
PROG. BASADO EN SEMANAS ÚTILES:
HORAS TOTALES ASIGNADAS:
HORAS TOTALES PRESUPUESTAS:
15
75
150
HASTA AÑO 2005
3
4
1+2+3
PROGRAMA: VIGENTE - SEMESTRAL
OBSERVACIONES: ÚLTIMO CURSO DESARROLLADO
7
7x4
7x6
OBJETIVOS: (Qué debe conseguir el alumno al concluir el curso)
Partiendo de la postulación de las ecuaciones de Maxwell, se busca afirmar los conceptos de cálculos en el
campo electromagnético en régimen estático, estacionario y lentamente variable, para finalmente abordar el
régimen rápidamente variable (ondas). A través de ejemplos se introducen al alumno en el cálculo de f.e.m.,
resistencias, inductancias, capacidades, esfuerzos, energías, comportamiento de dispositivos. En régimen
rápidamente variable se introducen los conceptos para analizar las propiedades de la propagación de ondas
y sus consecuencias.
UBICACIÓN EN LA CARRERA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES:
Se encuentra en la mitad de la carrera, en el ciclo profesional-Básico. Por ello, sucede a las asignaturas del
ciclo básico y precede a las del ciclo profesional-técnico.
Es, quizás, una de las primeras físico-matemáticas de la carrera. Debe familiarizar a los alumnos en ese tipo
de disciplina. Hace uso concreto de la temática de las asignaturas correlativas previas. Trata de "encadenar"
los conocimientos adquiridos, por separado, en cada área previa.
Intenta preparar al alumno en los elementos necesarios para las futuras aplicaciones tecnológicas.
MATERIAS RELACIONADAS:
Previas:
A-1.6.2 Álgebra y Geometría II, A-2.9.1 Análisis Matemático III y A-2.12.1 Física III
Simultáneas:
A-2.14.2 Teoría de Circuitos I (Aconsejable)
Posteriores:
A-3.17.1 Mediciones I, A-3.21.2 Máquinas Eléctricas
FIRMA PROFESOR
FECHA
APROBADO EN REUNIÓN DE CONSEJO ACADÉMICO DE FECHA:
APROBADO ESCUELA
FECHA
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
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
1.0 Sistema de ecuaciones de Maxwell
1.0.1 Importancia y crítica
1.0.2 Las ecuaciones del sistema y sus relaciones complementarias.
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
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.
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.
1.1.1.1 Separación de los campos eléctrico y magnético
1.1.1.2 Sus limitaciones. Exclusión de transformaciones energéticas.
1.1.2 Obtención de las Ecuaciones de Laplace y Poisson
1.1.3 Condiciones de contorno. Leyes. Casos particulares.
1.1.4 Aplicaciones tecnológicas.
1.1.4.1 Condensadores.
1.2 Solución de las Ecuaciones de Laplace y Poisson
1.2.1 Los problemas de Dirichlet y Von Neumann.
1.2.1.1 Enunciado de sus teoremas de unicidad. Su utilidad.
1.2.1.2 Solución del potencial creado por distribuciones de carga. Superposición.
1.2.1.3 Presentación de algunos métodos de resolución.
1.2.2 Método de las imágenes
1.2.2.1 Fundamento general.
1.2.2.2 Carga frente a un plano conductor. Análisis.
1.2.2.3 Hilo cargado frente a plano conductor. Principio de superposición.
1.2.2.4 Aplicaciones. Carga inducida. Capacidad. Esfuerzos.
1.2.2.5 Carga frente a diedro recto.
1.2.3 Métodos numéricos. Relajación. Incrementos y elementos finitos (opcional).
1.2.4 Métodos gráficos. Cuadrados curvilíneos. Aplicaciones (opcional).
1.3 Energía del campo eléctrico y esfuerzos
1.3.1 Energía
1.3.1.1 Su expresión en función de cargas y potenciales. Sistemas de conductores.
1.3.1.2 Expresión en función de los parámetros de Maxwell
1.3.1.3 Evoluciones a cargas y a potenciales constantes. Aplicaciones.
1.3.2 Esfuerzos
1.3.2.1 Fuerzas mecánicas en un sistema de conductores. Diversas expresiones.
2. CAMPO MAGNÉTICO
2.0 Generalidades
2.0.0 Teorema de Helmholtz. Enunciado. Utilidad
2.0.1 Magnetostática. Su imposibilidad en medios isótropos.
2.1 Campo magnético creado por corrientes eléctricas
2.1.1 Aspecto de las ecuaciones de Maxwell.
2.1.2 Potencial vectorial. Ecuación de Poisson. Su solución
2.1.3 Primera ley de Laplace. Enunciado.
2.1.4 Campo creado por sistemas filiformes. Ley de Biot. Expresión.
2.1.5 Condiciones de contorno. Leyes. Casos particulares. Aplicaciones.
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
2.2 Ley de Ampere-Maxwell
2.2.1 Expresión . Comentarios sobre su utilidad.
2.2.2 Ejemplo con simetría. Conductor filiforme rectilíneo muy largo.
2.2.3 Ejemplo sin simetría. Circuitos magnéticos.
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.
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
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.
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.
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
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.
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.
TRABAJOS PRÁCTICOS
a) Enumeración
Son problemas de aplicación de los temas de teoría.
b) Guías de trabajos prácticos publicadas: (con su código de publicación)
Son las guías de problemas exclusivas para "A" y constan de tres tomos que están a
disposición de los alumnos en la fotocopiadora de CECEIA y otras próximas a
Facultad.
1) (F.P.1) Guía de problemas de A-403. Tomo I.
2) (F.P.2) Guía de problemas de A-403. Tomo II.
3) (F.P.3) Guía de problemas de A-403. Tomo III.
BIBLIOGRAFÍA
a) Adecuada al programa. Ordenada por temas y con su codificación de biblioteca,
incluídas las publicaciones de la Cátedra con su código de publicación.
Cap. “0” :
Cap. “1” :
Cap. “2” :
Cap. “3” :
Cap. “4” :
Cap “5” :
Cap “6” :
(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)]
El resto de la bibliografía es para consulta y/o ampliación
BIBLIOGRAFÍA
b) Adecuada al programa. Textos.
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
(15)B-538.3/K-91
JORDAN-BALMAIN, 1978.
"Ondas Electromagnéticas", Ed. Paraninfo, Madrid.
KRAUS, 1960.
"Electromagnetismo" (4ª Edición) Ed. El Ateneo, Buenos Aires.
"Principios de Electrotecnia" (Tomo III), Ed. varias, Buenos Aires.
BIBLIOGRAFÍA
b) Adecuada al prorama. Textos (contnuación).
(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”