Sílabo Teoría Electromagnética.pdf

FACULTAD DE INGENIERA

SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA

1. Informacin General

Facultad Ingeniera

Carrera Electrnica y Telecomunicaciones.

Denominacin de la asignatura Teora Electromagntica

Cdigo de la Asignatura 10125

Perodo acadmico Marzo 2015 Agosto 2015

Eje de Formacin Bsico Profesional

Modalidad Presencial

Nmero de crditos / teora 4

Nmero de crditos / teora - prctica 2

Profesor (es) responsable(s)

Nombre:

Dr. Ral Len Galarza

[email protected]

Ing. Juan Sanango Fernndez

[email protected]

Ing. Carlos Morocho

Direccin Web del Profesor:

2. Descripcin de la Asignatura

Este curso se enfoca en los fenmenos electromagnticos estticos y cuasiestticos (de variacin lenta) en

el vaco, as como en el anlisis del comportamiento de los materiales bajo la influencia de los campos

elctricos y magnticos. El estudio se realiza a partir de las ecuaciones de Maxwell en su formulacin

tanto integral, como diferencial. Tambin se enfatizan las aplicaciones tecnolgicas y cientficas de los

fenmenos electromagnticos, destacando su colosal impacto en el desarrollo de la sociedad ya que

literalmente estamos rodeados de tecnologa electromagntica en prcticamente todos los mbitos de

nuestras actividades.

3. Conocimientos necesarios

Pre-requisitos: Co-requisitos:

Asignatura Cdigo Asignatura Cdigo

Matemticas Aplicadas Fsica Moderna

Fsica, Electricidad y Magnetismo

4. Objetivos(s) General(es) de la Asignatura

Introducir los conceptos bsicos de la Teora Electromagntica Clsica en el vaco y en los medios

continuos para calcular campos elctricos y magnticos a partir de fuentes distribuidas en regiones

ilimitadas, mediante integrales de superposicin; as como en regiones restringidas del espacio en

funcin de las ecuaciones de Laplace y Poissn con las respectivas condiciones de contorno. Analizar

los campos de variacin lenta o aproximacin cuasiestacionaria y la validez y rango de su aplicacin en



el estudio de los fenmenos electromagnticos, relacionando las leyes y parmetros circuitales bsicos

con la teora de campos.

5. Resultados Especficos de la Asignatura

Resultados Especficos

Al trmino de la asignatura, el

estudiante estar en la

capacidad de:

Indicadores

Rasgos visibles y medibles que

evidencien la presencia o alcance de

los resultados del aprendizaje

Actividades de Evaluacin

(Evidencias)

Situaciones, actividades o tareas y

el tipo de instrumentos que se va a

utilizar para evaluar los resultados

de aprendizaje

5.1 Formular y aplicar las relaciones bsicas del

clculo vectorial tanto

diferenciales como integrales

con enfoque a la aplicacin

en los fenmenos elctricos

y magnticos. (A4)

- Describe los campos vectoriales y

escalares y sus caractersticas,

clasifica los campos vectoriales en

base a sus fuentes de divergencia y

rotacional.

- Realiza operaciones con los campos

en los diferentes sistemas

coordenados.

- Formula y explica el significado de

los teoremas integrales y los aplica al

clculo de las caractersticas de los

campos.

Lecciones escritas

Talleres de resolucin de problemas

en clase.

Tareas extraclase individuales y

grupales.

Prueba Escrita

Exposiciones orales de trabajos y

proyectos.

5.2 Definir y formular los conceptos y leyes bsicas de

los fenmenos elctricos y

magnticos en el vaco y

explicar el significado de las

relaciones y ecuaciones

bsicas. (A4)

- Describe y formula los conceptos

de densidad de carga y corriente;

campo elctrico y magntico a partir

de la fuerza de interaccin

electromagntica.

- Formula las ecuaciones de Maxwell

y de conservacin de la carga en

forma integral y diferencial en el

vaco y explicar su significado,

identificando los trminos que las

componen.

Lecciones escritas


en clase.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.

5.3 Calcular campos elctricos y magnticos en vaco

a partir de las fuentes de campos,

identificando cada trmino que la

componen. (A4)

- Calcula campos elctricos y

magnticos estticos en el vaco a

partir de sus fuentes, aplicando las

ecuaciones integrales y diferenciales

de Maxwell, teniendo en cuenta

criterios de simetra.

- Interpreta y discute los resultados

representndolos en forma grfica.

Lecciones escritas


en clase.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.



5.4 Definir y reformular las

relaciones bsicas de la teora

electromagntica en trminos de

potenciales escalar elctrico y

vectorial magntico. (A4)

- Introduce las funciones auxiliares

de potencial escalar elctrico y

potencial vectorial magntico para el

anlisis de campos y explica sus

propiedades y caractersticas.

- Obtiene las ecuaciones

diferenciales en derivadas parciales y

analiza su dominio de aplicacin.

Lecciones escritas


en clase.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.

5.5 Aplicar los potenciales al clculo de campos en regiones

limitadas e ilimitadas del

espacio libre. (A4)

- Formula el concepto de nivel de

referencia para el potencial elctrico

y explica su significado, as como su

incidencia en el clculo del potencial

y del campo elctrico.

- Calcula potencial elctrico y

vectorial magntico a partir de la

solucin integral de la ecuacin de

Poisson para diferentes

distribuciones de carga y corriente.

- Resuelve problemas de contorno

para el potencial en regiones

limitadas del espacio en los

diferentes sistemas coordenados,

aplicando la ecuacin de Laplace con

las respectivas condiciones de

contorno. Interpreta y analiza los

resultados.

Lecciones escritas


en clase.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.

5.6 Formular las ecuaciones de Maxwell y dems relaciones

fundamentales en presencia de

materiales y calcular en estas

condiciones los campos y dems

magnitudes. (A4)

- Describe los procesos de

polarizacin, magnetizacin y

conduccin elctrica en materiales.

- Reformula las ecuaciones de

Maxwell, as como, las condiciones

de contorno considerando a los

materiales (dielctrico y magnticos)

como nuevas fuentes de campo.

- Clasifica los materiales en base a

criterios de linealidad,

homogeneidad e isotropa.

- Calcula los parmetros R, L, C para

diferentes configuraciones y

dispositivos.

- Analiza y evala las aplicaciones

de los materiales en los diferentes

mbitos tecnolgicos y su impacto en

el desarrollo industrial.

Lecciones escritas


en clase.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.

5.7 Analizar e interpretar la aproximacin cuasi-estacionaria

y establecer el criterio de su

- Establece el criterio que debe

cumplirse para considerar a los

fenmenos electromagnticos dentro

Lecciones escritas


en clase.



aplicabilidad. (A4) (A9) de los lmites de la aproximacin cuasi-estacionaria.

- Analiza los fenmenos

electromagnticos de variacin lenta

(cuasi-estacionarios) y sus

aplicaciones en los diferentes

mbitos tecnolgicos e industriales.

- Calcula y analiza las diferentes

caractersticas electromagnticas

dentro de los lmites de la

aproximacin cuasi-estacionaria.

- Evala y compara los fenmenos

estticos y cuasi-estacionarios

estableciendo el lmite en el cual

estas aproximaciones dejan de ser

vlidas.


grupales.

Prueba Escrita


proyectos.

6. Cronograma de sesiones

CONTENIDO SESIN TAREA

1.0. Explicacin del Slabo y metodologa 1

1. Calculo Vectorial 1.1. Vectores. Algebra vectorial. Sistemas

coordenados.

1.2. Flujo y circulacin. Definiciones invariantes

de divergencia y rotacional. Gradiente.

2

Lectura

Resolver problemas en clase

Tareas extra-clase

Investigaciones bibliogrficas sobre

el tema.

Utilizacin de software relativo al

tema

Anlisis de simulaciones sobre el

tema

1.3. Operaciones de segundo grado. Teoremas

integrales: gradiente, divergencia, rotacional,

Green.

1.4. Funcin delta de Dirac, singularidad del

Laplaciano.

1.5. Teorema de Helmoltz: Determinacin de

campos vectoriales

3

2. Ecuaciones de Maxwell en forma integral y diferencial.

2.1. Postulados bsicos y definiciones.

2.2. Densidades de carga y corriente. 4

Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

2.3. Ecuaciones de Maxwell en forma integral

2.4. Aplicaciones de las leyes integrales. 5

2.5. Leyes diferenciales en el espacio libre

2.6. Densidades superficiales de carga y

corriente.

6

2.7. Condiciones de contorno. 7

2.8. Aplicaciones. 8 3. Potencial elctrico 3.1. Campos irrotacionales representados por un

potencial escalar: operador gradiente, teorema

integral del gradiente. 9

Lectura


Tareas extra-clase

Investigaciones bibliogrficas sobre 3.2. Ecuacin de Poissn. 10



3.3. Principio de superposicin. el tema. Utilizacin de software relativo al

tema


tema

3.4. Campos asociados con singularidades de

carga.

3.5. Soluciones de la ecuacin de Poissn para

distribuciones especficas de carga.

11

3.6. Campos cuasielectrostticos en presencia de

conductores perfectos. 12

4. Potencial Vectorial magntico 4.1. Introduccin.

4.2. Potencial vectorial y ecuacin vectorial de

Poissn. 13

Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

4.3. Integral de superposicin de Biot-Savart.

4.4. Potencial escalar magntico. 14

4.5. Campos cuasiestticos magnticos en

presencia de conductores perfectos. 15

4.6. Potencial vectorial y problemas de

contorno. 16

5. Problemas de contorno 5.1. Introduccin.

5.2. Solucin particular y homognea de la

ecuacin de Poissn y Laplace. 17

Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

5.3. Unicidad de las soluciones.

5.4. Condiciones de continuidad. 18

5.5. Solucin ecuacin de Laplace en

coordenadas cartesianas. 19

5.6. Expansiones modales. 20 5.7. Soluciones de la ecuacin de Laplace en

coordenadas polares. 21

5.8. Soluciones de la ecuacin de Laplace en

coordenadas esfricas. 21

6. Materiales dielctricos 6.1. Polarizacin. Densidades de polarizacin. 22 Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

6.2. Leyes y condiciones de continuidad con

polarizacin.

6.3. Polarizacin permanente. 23

6.4. Leyes constitutivas de la polarizacin. 24 6.5. Campos en presencia de dielctricos

lineales. 25

6.6. Leyes constitutivas de la conduccin. 26 7. Conductores 7.1. Conduccin hmica estacionaria.

7.2. Distribuciones de fuentes de corriente y

campos asociados. 27

Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

7.3. Superposicin y unicidad de las soluciones

de conduccin estacionaria. 28

7.4. Relajacin de la carga en conductores

uniformes 39

8. Materiales magnticos 8.1. Magnetizacin. Densidades de 30 Lectura



magnetizacin. Resolver problemas en clase Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

8.2. Leyes y condiciones de continuidad con

magnetizacin.

8.3. Magnetizacin permanente. 31

8.4. Leyes constitutivas de la magnetizacin. 32 8.5. Campos en presencia de materiales

magnticos aislantes lineales. 33

8.6. Circuitos magnticos. 34

9. Aproximacin cuasi-estacionaria 9.1. Ecuaciones integrales de Maxwell y

relaciones circuitales. 35

Lectura


Tareas extra-clase


el tema.


tema


tema

9.2. Ecuaciones diferenciales y criterios de

aproximacin cuasi-estacionaria. 36

9.3. Induccin electromagntica. 37

7. Recursos o Medios para el Aprendizaje

Aula, pizarrn, marcadores, proyector, computador, conexin a internet, textos, fotocopias.

8. Criterios de Evaluacin

Actividad %

Control de tareas y trabajos fuera de clase 10%

Talleres 10%

Pruebas 30%

Total aprovechamiento 50%

Exmenes:

Examen interciclo 20%

Examen final 30%

Total 100%

No. DOC.

IDENTIF ESTUDIANTE

No Mat

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1

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2

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ES

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DO

7 7 8 8 10 10 20 30 14 20 36 30 30 100



9. Bibliografa Bsica

Referencia

Sadiku, Matthew N. O., Elements of Electromagnetics, 2003, Tercera Edicin, Oxford University

Pozar, David M. Microwave Engineering, 2011, Cuarta Edicin, Press John Wiley & Sons.

Ulabu, Fawwaz T., Aplicaciones en Electromagnetismo, 2007, Quinta Edicin, Prentice Hall.

10. Bibliografa Complementaria

Referencia

Haus, Hermann A., and Melcher,James R., Fields and Energy, 1989, Primera Edicin, Prentice Hall

Zahn, Markus, Teora Electromagntica, 1991, Tercera Edicin, Interamericana

11. Cronograma

SEMANA LUNES MIRCOLES VIERNES

9h00 11h00 7h00 9h00 7h00 9h00

09 mar 13 mar 1.0. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.

16 mar 20 mar 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.

23 mar 27 mar 2.7. 2.8. Taller 1

30 mar 03 abr PRUEBA 1 3.1. 3.2. 3.3.

06 abr 10 abr 3.4. 3.5. 3.6. ------

13 abr 17 abr 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

20 abr 24 abr 4.6. Taller 2 5.1. 5.2.

27 abr 01 may PRUEBA 2 5.3. 5.4 ------

04 may 08 may EXMENES INTERCICLO.

11 may 15 may EXAM. INTERC. 5.5. 5.6.

18 may 22 may SEMANA DEL ESTUDIANTE

25 may 29 may 5.7. - 5.8. 6.1. 6.2. 6.3.

01 jun 05 jun 6.4 6.5. 6.6.

08 jun 12 jun Taller 3 PRUEBA 3 7.1. 7.2.

15 jun 19 jun 7.3. 7.4. 8.1.

22 jun 26 jun 8.2. 8.3. 8.4. 8.5

29 jun 03 jul 8.6. Taller 4 9.1.

06 jul 10 jul PRUEBA 4 9.2. 9.3.

13 jul 17 jul EXAMENES FIN DE CICLO

20 jul 24 jul EXAMENES FIN

DE CICLO EXAMENES FIN DE

CICLO -------

27 jul 31 jul EXAMENES SUPLETORIOS



Cuenca, 09 de marzo del 2015

______________________ ______________________

Catedrtico Director de Escuela

______________________

Director Centro Docente

Ciencias Bsicas

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