FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA
TEORÍA DE CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
SYLLABUS
ESCUELAS ACADÉMICO PROFESIONALES:
Electrónica-Eléctrica-Telecomunicaciones-Biomédica
CÓDIGO: 190052
NÚMERO DE CRÉDITOS: 4
CICLO: 2024-2
CARÁCTER DEL CURSO: obligatorio
HORAS 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 EM 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
1. Conocimiento y aplicación de herramientas matemáticas
básicas.
2. Conocimiento y manejo de los postulados y propiedades
del Electromagnetismo.
3. Creación de modelos simplificados para el análisis de
sistemas electromagnéticos reales.
4. Conocimiento del funcionamiento básico de elementos de
circuitos y máquinas eléctricas.
Competencias instrumentales
1. Capacidad de abstracción, análisis, síntesis, organización
y planificación.
2. Conocimiento de una segunda lengua
3. Habilidades de gestión de información (habilidad para
buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas)
4. Capacidad para identificar, planear y resolver
problemas
5. Toma de decisiones.
6. Habilidades básicas de manejo de la computadora
Competencias interpersonales
1. Capacidad crítica y autocrítica
2. Habilidades interpersonales
3. Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario
4. Capacidad de comunicarse con profesionales de otras
áreas
5. Compromiso ético
Competencias sistémicas
1. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica
2. Habilidades de aprender e investigar en forma autónoma
o en grupo.
3. Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones
4. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad)
5. Liderazgo
6. Habilidad para trabajar en forma autónoma
7. Búsqueda del logro
CAPACIDADES
1. Resuelve problemas de transformación de coordenadas y
sus aplicaciones
2. Desarrolla los operadores vectoriales en coordenadas
cilíndricas y esféricas
3. Resuelve problemas de electrostática y sus
aplicaciones usando las leyes de Coulomb, de Gauss
4. Estudia y discute modelos usando las simetrías de los
problemas de electrostática y magnetostáticas
5. Resuelve problemas de magnetostática usando las leyes
de Biot-Savart y la ley de Ampere, así como las ecuaciones de Maxwell
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.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
1. Aula Invertida Los estudiantes resuelven problemas
en casa cuyas dificultades se discuten y aclaran en clases de manera conjunta.
2. Aprendizaje Basado en Problemas
(ABP) Deseamos fomentar la investigación y
reflexión que siguen los estudiantes para llegar a una solución ante un
problema planteado por el profesor.
3. Aprendizaje Basado en Proyectos (ABProy)
Trabajo
colaborativo en grupos, interesados en aprender mediante el desarrollo de
proyectos prácticos que impliquen la aplicación de los contenidos del curso.
EVALUACIÓN
1. Prácticas Calificadas
Se aplicarán 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 es el promedio ponderado del promedio de
prácticas con el promedio de exámenes.
NF = (PPC
x 1 + PEX x 2)/3
PROGRAMA
SEMANA 1 INTRODUCCIÓN
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.
EXAMEN PARCIAL
SEMANA 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16
EXAMEN FINAL
EXAMEN SUSTITUTORIO
TEXTO DE REFERENCIA:
DAVID K. CHENG: Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería. Addison Wesley. 2005
BIBLIOGRAFÍA
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.
22. J.D. KRAUS; D.A. FLEISCH 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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