SYLLABUS
UNIVERSIDAD NACIONAL
MAYOR DE SAN
MARCOS
FACULTAD DE
INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y
ELÉCTRICA
TEORÍA
DE CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
ESCUELAS ACADÉMICO
PROFESIONALES: Electrónica-Eléctrica-Telecomunicaciones- Biomédica
CÓDIGO : 190052
NÚMERO DE CRÉDITOS : 4
CICLO : V
CARÁCTER DEL CURSO : obligatorio
HORAS DE CLASE
SEMANALES : 4
DURACIÓN : 16 semanas
SUMILLA:
Ecuaciones de
Maxwell. Electrostática en el vacío y en dieléctricos: ley de Coulomb; campo,
potencial, flujo, dipolo y energía eléctrica, ecuaciones de Laplace y Poisson.
Electrodinámica: corrientes, ecuación de continuidad. Magnetostática en el
vacío y en medios magnéticos: campo, potencial vectorial y energía magnética;
leyes de Ampere y Biot-Savart. Inducción electromagnética: ley de Faraday e
inductancia. Ondas electromagnéticas en el vacío, dieléctricos perfectos,
medios dispersivos y en conductores. Reflexión y transmisión. Guías de onda,
cavidades resonantes, líneas de transmisión y antenas.
OBJETIVOS
1. Presentar
la teoría electromagnética como un todo coherente con énfasis en la unidad de
los fenómenos eléctrico y magnético, tanto en sus bases físicas como en la
descripción matemática de las mismas.
2. Relacionar
la teoría electromagnética con el mundo práctico de la ingeniería moderna y de
sus mas recientes desarrollos.
3. Proveer
la base necesaria para el estudio sistemático de la propagación de ondas , de
las antenas, los circuitos de
transmisión incluyendo las guías de onda, la generación y usos de las
microondas, la microelectrónica y la electrónica del estado sólido, etc.
4. Cubrir
los aspectos fundamentales de la teoría electromagnética hasta un nivel que
permita a los alumnos leer y comprender literatura sobre tópicos específicos y técnicas
de diseño en el amplio campo de la electrónica.
5. Desarrollar
la estructura lógico-deductiva de la teoría electromagnética, desde un punto de
vista macroscópico, usando el Sistema Internacional de Unidades y partiendo de
las ecuaciones de Maxwell.
COMPETENCIAS
Competencias
específicas
·
Conocimiento
y aplicación de herramientas matemáticas básicas.
·
Conocimiento
y manejo de los postulados y propiedades del Electromagnetismo.
·
Creación
de modelos simplificados para el análisis de sistemas electromagnéticos reales.
· Conocimiento del funcionamiento
básico de elementos de circuitos y máquinas eléctricas.
Competencias
instrumentales
·
Capacidad
de abstracción, análisis, síntesis, organización y planificación.
·
Conocimiento
de una segunda lengua
·
Habilidades
de gestión de información (habilidad para buscar y analizar información
proveniente de fuentes diversas)
·
Capacidad
para identificar, planear y resolver problemas
·
Toma
de decisiones.
·
Habilidades
básicas de manejo de la computadora
·
Capacidad
crítica y autocrítica
·
Habilidades
interpersonales
·
Capacidad
de trabajar en equipo interdisciplinario
·
Capacidad
de comunicarse con profesionales de otras áreas
·
Compromiso
ético
·
Capacidad
de aplicar los conocimientos en la práctica
·
Habilidades
de aprender e investigar en forma autónoma o en grupo.
·
Capacidad
de adaptarse a nuevas situaciones
·
Capacidad
de generar nuevas ideas (creatividad)
·
Liderazgo
·
Habilidad
para trabajar en forma autónoma
·
Búsqueda
del logro
MÉTODO
1.
El desarrollo del curso sigue un método
deductivo que partiendo de las ecuaciones de Maxwell permite deducir cualquier
caso particular haciendo las demostraciones pertinentes.
2. Durante
las clases se relacionan permanentemente
los conceptos con las aplicaciones dando un enfoque teórico-práctico al curso.
3. Las
matemáticas constituyen el lenguaje natural para la expresión de los modelos
utilizados y el análisis de los mismos, así como la representación gráfica de
los modelos y sus resultados.
4. Los aspectos
históricos en el desarrollo de la teoría electromagnética y los aspectos
biográficos de quienes la elaboraron, acompañan el desarrollo del curso.
MÉTODOS DIDÁCTICOS
1. Método lógico deductivo y demostrativo de propiedades
2. Método basado en la resolución de problemas
3. Método activo, constructivo y colaborativo
4. Método de indagación y búsqueda de evidencias
EVALUACIÓN
1. Prácticas Calificadas
Se rendirán dos prácticas calificadas en el ciclo.
2.
Exámenes.
Se
rendirán dos exámenes: el Examen Parcial a la mitad del ciclo y el Examen
Final, ambos con tema acumulativo.
3.
Nota
Final del curso
La nota
final del curso se obtiene promediando el promedio de prácticas con el promedio
de exámenes multiplicado por 2
Funciones escalares y
vectoriales. Operaciones con vectores. Sistemas de coordenadas ortogonales.
Gradiente, divergencia y rotacional. Laplaciano escalar y vectorial. Teoremas
de Stokes, de Green, de la divergencia y
del rotacional. Teorema de Helmholtz.
SEMANA
2. ECUACIONES DE MAXWELL.
Vectores del campo
electromagnético. Parámetros. Formas diferencial e integral de las ecuaciones
de Maxwell. Flujos eléctrico y magnético. Fuerza electromotriz. Corriente de
desplazamiento. Ecuación de continuidad. Polarización y magnetización.
Condiciones de contorno del campo EM.
SEMANA
3. ELECTROSTÁTICA EN EL
VACÍO
Formas diferencial e
integral de las ecuaciones para la
electrostática en el vacío. Campo y potencial electrostático. Trabajo. Energía
electrostática. Ecuación de Laplace. Capacitores. Ecuación de Poisson.
SEMANA
4. ELECTROSTÁTICA EN
DIELÉCTRICOS
Ecuaciones para la
electrostática en dieléctricos perfectos: formas diferencial e integral.
Condiciones de contorno. Polarización.
Densidades de carga de polarización.
Campo, potencial y energía. Ecuación de Laplace. Capacitores. Ecuación
de Poisson.
SEMANA
5. CORRIENTE DE CONDUCCIÓN
Corriente y densidad
de corriente. Principio de conservación de la carga: ecuación de continuidad.
Conductividad y resistividad. Ley de Ohm. Efecto Joule. Fuerza electromotriz.
Ecuación fundamental del análisis de circuitos. Circuitos. Conducción
estacionaria en medios sin fuentes de fem.
SEMANA
6. MAGNETOSTÁTICA EN EL
VACÍO
Formas diferencial e
integral de las ecuaciones para la magnetostática en el vacío. Campo magnético
de corrientes estacionarias. Potencial vectorial. Ley de Biot-Savart. Potencial
escalar magnético. Ecuación de Laplace para el potencial escalar magnético.
SEMANA
7. MAGNETOSTÁTICA EN MEDIOS
MAGNÉTICOS
Ecuaciones para la
magnetostática en medios magnéticos: formas diferencial e integral. Condiciones
de contorno. Magnetización. Densidades de corriente de magnetización y polo
magnético. Energía magnética. Campo en materiales magnéticos sin corriente.
SEMANA
8: EXAMEN PARCIAL
SEMANA
9. INDUCCIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
Ley de Faraday. Ley de Lenz. Fuerza electromotriz y flujo magnético. Corriente inducida. Inductancia
propia e inductores. Inductancia mutua. Energía magnética. Inductancias en
serie y paralelo. Circuitos.
SEMANA
10 . ELECTRODINÁMICA EN MEDIOS
SIN PÉRDIDAS
Ecuaciones de Maxwell y condiciones de contorno. Ecuaciones de
D’Alambert para E, H, A y U.
Ecuación de onda en ausencia de cargas libres, corrientes y fuerzas exteriores.
Ecuación homogénea de Helmholtz. Forma compleja de las ecuaciones de Maxwell y
de Helmholtz. Onda plana monocromática en un dieléctrico perfecto. Impedancia
de onda. Vector de Poynting y balance de energía. Teorema de Poynting.
Polarización de ondas planas.
SEMANA
11. REFLEXIÓN Y TRANSMISIÓN EN
INTERFACES DIELÉCTRICAS
Reflexión
y transmisión en interfaces planas de dieléctricos sin pérdidas. Incidencia
normal. Coeficientes de reflexión y transmisión. Materiales ópticamente
transparentes: índice de refracción. Incidencia oblicua. Reflexión y
transmisión cuando E es paralelo y perpendicular al plano de incidencia.
Ecuaciones de Fresnel. Reflexión interna total. Ley de Brewster.
SEMANA
12. ELECTRODINÁMICA EN MEDIOS
CON PÉRDIDAS
Remanencia de la polarización y la magnetización. Forma compleja de las
ecuaciones de Maxwell y Helmholtz para las amplitudes complejas de E, H, A y U. Ondas planas en medios
absorbentes. Polarización de ondas en medios con pérdidas.
SEMANA
13 . ONDAS EN CONDUCTORES
Ecuaciones de campo en un medio conductor. Ondas planas en un medio
conductor. Distribución de corrientes en conductores: efecto pelicular.
Reflexión en una superficie metálica: incidencia normal. Refracción en
superficies metálicas.
SEMANA
14. GUÍAS DE ONDA Y CAVIDADES
RESONANTES
Propagación de ondas entre placas conductoras paralelas. Ondas TEM, TE y
TM. Transmisión de señales. Ondas guiadas. Guía de onda rectangular: ondas TE y
TM. Resonador de cavidad.
SEMANA
15. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Ecuaciones de las líneas de transmisión. Parámetros. Ondas en líneas de
transmisión finitas e infinitas. El diagrama de Smith. Acoplo de impedancias en
líneas. Radiación de un dipolo hertziano. Vectores de Hertz. Antenas lineales.
SEMANA
16. RELATIVIDAD ESPECIAL Y
CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
Postulados de Einstein y transformación de Lorentz. Transformaciones
ortogonales. Forma covariante de las ecuaciones del electromagnetismo. Ley de
transformación para el campo electromagnético.. Electrodinámica; potenciales de
Lienard-Wiechert. Campo de una carga puntual con MRU y acelerada.
SEMANA 17: EXAMEN FINAL
SEMANA
18: EXAMEN
SUSTITUTORIO
TEXTO DE REFERENCIA:
DAVID K. CHENG: Fundamentos de Electromagnetismo para
Ingeniería. Addison Wesley.
1. V.V. NIKOLSKI
Electrodinámica
y Propagación de Ondas de Radio. MIR. 1996.
2.
N.N. FIODOROV
Fundamentos
de Electrodinámica. MIR. 1982.
3.
N.B. POPOVIC
Introductory Engineering Electromagnetics. Adisson Wesley. 1991.
4. P, MOON; D.E. SPENCER
Foundations of Electrodynamics. Van Nostrand. 1970.
5.
E.V. BOHM
Introduction to Electromagnetics Fields and Waves. Addison Wesley.2005.
6. A. NUSSBAUN
Electromagnetic Theory for Engineers and Scientists. Prentice Hall. 1995.
7. P.I. KUZNETSOV; R.L. STRATONOVICH
Propagation of EM Waves in Transmission Lines. Pergamon Press. 2004.
8. V.A. GOVORKOV; S.D. KUPALIAN
Teoría
del Campo Electromagnético. MIR. 1965.
9. R.P. KING
Fundamental Electromagnetic Theory. Dover. 1963.
10. S.J. KOWALSKI
Electronic Technology. Rider Pub.1960.
11. L.D LANDAU; E.M. LIFSHITZ
Electrodynamics of Continuos Media. Pergamon Press. 1960.
12. J.C. MAXWELL
Electricity and Magnetism. Dover. 1954.
13. J.C. SLATER; N.H. FRANK
Electromagnetism. Mac Graw-Hill. 1967.
14. J.D. JACKSON
Classical Electrodynamics. John Wiley. 2008.
15. W. PANOFSKY; M.P. PHILLIPS
Classical Electricity and Magnetism. Adisson Wesley. 2002
16. J.B. MARION
Classical Electromagnetic Radiation. Academic Press. 2005.
17. J.R. REITZ; F.J. MILDFORD
Fundamentos
de la Teoría Electromagnética. UTEHA. 1997.
18. R.P. FEYMANN
Lectures on Theoretical Physics. Adisson Wesley. 1975.
19. Y.V. NOVOZHILOV; Y.A. YAPPA
Electrodynamics. MIR. 1981.
20. W.B. CHESTON
Elementary Theory of Electric and Magnetic Fields. John Wiley. 2004.
21. A. SOMMERFELD
Electrodynamics. Academic Press. 1964.
Electromagnetismo con Aplicaciones. McGraw-Hill. 2004
23. R.E. DUBROFF; S.V. MARSHALL; G.G. SKITEK
Electromagnetismo: Conceptos y Aplicaciones. Pearson. 2004.
24.
F.D. OTÍN; D.A. GARCÍA; J.R. MARTOS
Campos Electromagnéticos. Ed. Alfaomega. 2000
25.
D.K. CHENG
Field and Wave Electromagnetics. Addison Wesley. 2005.
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