Sílabo Teoría Electromagnética.pdf
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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
Ing. Juan Sanango Fernndez
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
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FACULTAD DE INGENIERA
SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
proyectos.
-
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SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
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
Talleres de resolucin de problemas
en clase.
-
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SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
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.
Tareas extraclase individuales y
grupales.
Prueba Escrita
Exposiciones orales de trabajos y
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre 3.2. Ecuacin de Poissn. 10
-
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SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
3.3. Principio de superposicin. el tema. Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
-
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SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
magnetizacin. Resolver problemas en clase Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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
Resolver problemas en clase
Tareas extra-clase
Investigaciones bibliogrficas sobre
el tema.
Utilizacin de software relativo al
tema
Anlisis de simulaciones sobre el
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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FACULTAD DE INGENIERA
SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
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
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FACULTAD DE INGENIERA
SLABO TEORA ELECTROMAGNTICA
Cuenca, 09 de marzo del 2015
______________________ ______________________
Catedrtico Director de Escuela
______________________
Director Centro Docente
Ciencias Bsicas