CAMPOS ELECTROMAGNETICOS I
PROFESOR
PEDRO I. DEAZA R.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
INGENIERIA ELECTRONICA
SANTA FE DE BOGOTA D. C.
2000
| INTRODUCCION |
| JUSTIFICACION |
| OBJETIVOS GENERALES |
| OBJETIVOS ESPECIFICOS |
| CONTENIDO |
| METODOLOGIA |
| ACTIVIDADES ESPECIALES |
| BIBLIOGRAFIA |
TEORIA DE CAMPOS ELECTROMAGNETICOS I
Los conceptos y el formalismo matemático fundamental de la teoría electromagnética, fueron establecidos hace ya mas de un siglo, en una admirable síntesis lograda por J. C. Maxwell y no obstante continúan siendo fuente inagotable de progreso para las ciencias básicas, la física y la ingeniería.
En la época de Maxwell, era insospechable, las enormes dimensiones que adquiriría en el futuro la teoría electromagnética, a raíz de sus aplicaciones. La radio, fue el primer paso, hacia el vertiginoso desarrollo de las comunicaciones, que hoy son fuente no solo de desarrollo, progreso y bienestar sino también de poder y dominación. La instrumentación electrónica para los diversos campos.
La teoría de campos electromagnéticos I, comprende un estudio fundamental del campo eléctrico y magnético dentro del contexto estacionario, una breve mención a los campos variables en el tiempo, la construcción discusión e interpretación de las ecuaciones de Maxwell en forma vectorial-diferencial y las ecuaciones de onda eléctrica y magnética. A lo largo de este desarrollo se presentan, proponen y resuelven ejercicios y problemas relacionados con la teoría misma y con sus aplicaciones en la ingeniería electrónica.
Como es natural, en cuanto al aspecto matemático, se asume como infraestructura el calculo vectorial. Este formalismo matemático no será aquí un árido mecanismo, en ocasiones servirá para desentrañar ideas interpretativas que permitan construir conceptos fundamentales.
Entre todas las ingenierias, la ingeniería electrónica, es la mas relacionada, la mas íntimamente ligada con la ciencia, la tecnología y en particular con la física. Como científico investigador, colaborador, asistente, consejero, como ingeniero mismo juega un rol primordial en el desarrollo científico técnico de una nación, de una empresa, o de cualquier institución. En gran medida el éxito de este rol reside en su formación académica especialmente en el área de la física y los campos electromagnéticos.
Las comunicaciones, la instrumentación, la bio-ingenieria, la computación entre otras requieren de una gran formación en teoría de campos electromagnéticos.
Una comunidad internacional marchando hacia un nuevo orden económico mundial, con mercados mas abiertos y una producción mas competitiva, exige ingenieros preparados para la apertura y la competencia internacional.
Estudiar, analizar e interpretar los conceptos y definiciones operacionales de campo eléctrico y magnético y las ecuaciones de Maxwell.
Analizar, interpretar y resolver completamente problemas y ejercicios fundamentales relacionados con la teoría misma y con aplicaciones a la ingeniería electrónica.
Plantear y resolver el problema general de la electrostática y la magnetostatica.
Definir un campo conservativo.
Construir y formular el potencial escalar y el potencial vectorial.
Plantear, estudiar y resolver completamente el dipolo, el cuádruplo, el octopolo eléctrico, los multipolos y el dipolo magnético.
Desarrollar habilidades y destrezas en la solución de ejercicios y problemas de aplicación.
construir en forma diferencial las ecuaciones de Maxwell, analizarlas e interpretarlas.
Identificar ecuaciones de campo unificado e interpretarlas.
INTRODUCCION
Breve historia de la física.
Interacciones fundamentales del universo.
Hacia una definición de la física.
Historia de la teoría de campos electromagnéticos.
Impacto científico, tecnológico y político.
Evolución ulterior, fronteras y limites de la teoría de campos.
ANALISIS VECTORIAL.
Conceptos y definiciones.
Algebra vectorial.
Gradiente de una función escalar.
Divergencia de una función vectorial.
Rotacional de una función vectorial.
Teorema de la divergencia.
Teorema del Rotacional.
Laplaciana de una función escalar.
Identidades vectoriales.
Operadores vectoriales en coordenadas cilíndricas y esféricas.
Ejercicios y problemas.
CAMPOS ELECTROSTATICOS EN EL VACIO.
Concepto de carga eléctrica.
Ley de Coulomb.
Campo eléctrico.
Potencial eléctrico.
El Rotacional del campo eléctrico.
El campo electrostático como campo conservativo.
El dipolo eléctrico.
El cuádruplo eléctrico.
El octopolo eléctrico.
Multipolos eléctricos.
Ley de Gauss.
Primera ley de Maxwell.
La ecuación de Poisson.
La ecuación de Laplace.
Energía potencial eléctrica.
Densidad de energía en un campo eléctrico.
Resumen de ejercicios y problemas.
CAMPOS ELECTROSTATICOS EN DIELECTRICOS.
Concepto de dielectrico.
El vector polarización eléctrica.
Potencial y campo eléctrico en el exterior de un dielectrico.
Densidades de carga ligada.
El campo local.
La susceptibilidad eléctrica.
El vector desplazamiento eléctrico.
Los tres vectores eléctricos.
Energía potencial eléctrica en presencia de dielectricos.
Resumen de ejercicios y problemas.
PROBLEMA GENERAL DE LA ELECTROSTATICA.
Teorema de unicidad.
Método de las imágenes.
Ecuación de Laplace en coordenadas rectangulares.
Ecuación de Laplace en coordenadas cilíndricas.
Ecuación de Laplace en coordenadas esféricas.
Tópicos especiales.
Resumen de problemas.
CAMPOS MAGNETICOS Y CORRIENTES ESTACIONARIAS.
Fuerzas magnéticas.
Inducción magnética B y la ley de Biot Savart.
Ejemplos fundamentales.
La fuerza de Lorentz.
El vector potencial magnético.
La segunda ley de Maxwell.
El Rotacional de B.
La ley de Ampere.
Ejemplos fundamentales.
El dipolo magnético.
Resumen de ejercicios y problemas.
CAMPOS MAGNETICOS VARIABLES EN EL TIEMPO.
La ley de inducción de Faraday.
La tercera ley de Maxwell.
El campo unificado.
Ejemplos y problemas.
Coeficientes de inducción.
Ejemplos y problemas.
Coeficiente de acoplamiento.
Energía almacenada en un campo magnético.
Ejercicios y problemas fundamentales.
CAMPOS MAGNETICOS EN MATERIALES MAGNETICOS.
La imanación.
B en el exterior de un material magnetizado.
Densidad de corriente equivalente.
Ejemplos fundamentales.
La intensidad de campo magnético H.
Los tres vectores magnéticos.
Susceptibilidad magnética.
Histeresis.
Calculo de campos magnéticos.
Ejercicios y problemas.
ECUACIONES DE MAXWELL Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
La conservación de la carga eléctrica.
Los potenciales retardados.
El dipolo eléctrico oscilante.
El dipolo magnético oscilante.
Las ecuaciones de Maxwell.
Las ecuaciones de onda eléctrica y magnética.
Operadores equivalentes.
Conclusiones.
Exposición magistral.
Mesas redondas sobre ejercicios y problemas.
Grupos de discusión sobre artículos IEEE.
Seguimiento de proyecto.
Promoción y trabajo para la pagina www : estudiantes y profesor.
Colaboración para la formación del grupo de campos electromagnéticos y comunicaciones : estudiantes y profesores.
Investigación sobre CAMPOS ELECTROMAGNETICOS EN EVENTOS ASTROFISICOS : Profesor Pedro I. Deaza R .
Articulo para la revista de la U. D. INGENIERIA : profesor.
Balanis C., advanced engineering electromagnetics, john wiley, New york, 1998.
Balcells J., Daura F., Esparza R., Pallas R., interferencias electromagneticas en sistemas electronicos, marcombo, Mexico 1992.
Goldemberg J., física general y experimental, interamericana, Mexico,1970.
Hammond P., electromagnetismo aplicado, editorial labor, Barcelona 1976.
Hayt W. JR., teoría electromagnética, mac graw hill, México 1991.
Jackson , electrodinamica clásica, editorial reverte, Barcelona, 1973
Johnk C., teoría electromagnética, campos y ondas, limusa noriega editores, México 1999.
Kraus J. , electromagnetismo, mac graw hill, México, 1994.
Lorrain P. , Corson D. campos y ondas electromagnéticos, selecciones científicas, Madrid 1977.
Marshall S. V., DuBroff R. E., Skitek G. G., electromagnetismo, conceptos y aplicaciones, prentice hall, Mexico 1997.
Mompin J., manual del radioaficionado moderno, marcombo, México 1991.
Portis Alan, campos electromagnéticos, reverte, Barcelona 1985.
Purcell E. , electricidad y magnetismo, editorial reverte, Barcelona, 1973.
Rao Nannapaneni N. Elements of engineering electromagnetics, prentice hall, New Jersey 1994.
Reitz J, Milford F. , Christy R. , fundamentos de la teoría electromagnética, Addison Wesley iberoamericana, U. S. A. 1996.
Antennas and propagation, IEEE, U. S. A.
Wangsness R., campos electromagnéticos, limusa noriega editores, México 1996.
Fields electromagnetics, IEEE, U. S. A.
PEDRO I. DEAZA R.