Download 11CAMPOS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 1 de 6
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
PROGRAMA:
INGENIERÍA DE
TELECOMUNICACIONES
4
PLAN DE ESTUDIOS:
ACTA DE CONSEJO DE
FACULTAD/DEPTO./CENTRO:
128
1. DATOS GENERALES
ASIGNATURA/MÓDULO/SEMINARIO:
CAMPOS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
COMPONENTE:OBLIGATORIO
CAMPO: FORMACIÓN BÁSICA
GENERAL
MODALIDAD:
PRESENCIAL
X
CÓDIGO:
CRÉDITOS
ACADÉMICOS:
3
ÁREA/MÓDULO:
CIENCIAS BÁSICAS
VIRTUAL
SEMESTRE:
CUARTO
BIMODAL
PRERREQUISITOS/CORREQUISITOS:
CÁLCULO VECTORIAL Y ELECTRICIDAD MAGNETISMO Y LAB
FECHA DE ELABORACIÓN:
24 DE MAYO DE 2010
VERSIÓN:
UNO
FECHA DE
ACTUALIZACIÓN:
2. DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO ACADÉMICO
TIEMPO DE ACOMPAÑAMIENTO
DOCENTE
Horas/semana:
6
Horas teóricas:
4
Horas prácticas:
2
Horas/semestre:
96
TIEMPO DE TRABAJO
INDEPENDIENTE ESTUDIANTE
Horas/semana:
3
Horas/semestre:
48
TOTAL TIEMPO
TRABAJO ACADÉMICO
144
HORAS/SEMESTRE
N° DE SEMANAS
16
3. JUSTIFICACIÓN
La teoría Electromagnética sin lugar a dudas constituye una de las ramas más fascinantes de la
Física, no solo por su solides, sino por las múltiples aplicaciones tecnológicas que ha originado., tales
como: comunicaciones satelitales, comunicación por fibra óptica y radiofrecuencias entre otros, que
evidentemente han producido cambios significativos en la sociedad moderna. Un ingeniero de
Telecomunicaciones, además de conocer estos fenómenos, debe tener la capacidad
de
comprenderlos y explicarlos con la suficiente rigurosidad aprovechando todo su potencial creativo; y
para ello necesita unas bases sólidas en el área de Electromagnetismo.
En este curso, a pesar de tratar solo con campos electrostáticos y magnetostáticos, se le proporciona
al estudiante la fundamentación necesaria para extender fácilmente el estudio
a campos
Electromagnéticos, es decir, campos Eléctricos y magnéticos variables en el tiempo que se analizarán
el próximo semestre en la asignatura de Ondas Electromagnéticas, sin la cual sería imposible
comprender los fenómenos Electromagnéticos.
4. METAS DE APRENDIZAJE
El objetivo principal de este curso es proporcionar a los estudiantes de Ingeniería de
Telecomunicaciones una visión clara y profunda de los fenómenos electromagnéticos que dan origen
a los Campos Eléctricos y Magnéticos y a las Ondas Electromagnéticas, a su propagación y absorción
en diferentes medios, lo cual les permite asimilar mejor los métodos modernos de comunicación. Su
contenido sirve de soporte a cursos posteriores, tales como: Circuitos eléctricos, antenas, microondas,
11/11/2010
GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 2 de 6
radiocomunicaciones y radar, conociendo las definiciones de las variables de propagación de las
ondas.
5. PROBLEMAS A RESOLVER
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
¿Qué es un campo?
¿Qué es un campo eléctrico y uno magnético?
¿Cuáles son las diferentes técnicas para calcular el campo eléctrico generado por una distribución
de cargas?
¿Qué relación existe entre el potencial eléctrico y el campo eléctrico? ¿Qué condiciones se deben
cumplir?
¿Qué significa que un campo sea conservativo, y cuáles son las consecuencias de éste?
¿Cuál es la Ley de Ohm y su importancia?
¿Cuáles son los métodos para determinar un campo magnético en una región del espacio debido a
una distribución de corrientes?
¿Cuáles son las ecuaciones de Maxwell y su importancia?
¿Cuáles son algunas de las aplicaciones de las ecuaciones de Maxwell y qué importancia reviste
para un Ingeniero de Telecomunicaciones?
¿Qué es una onda?
¿Cómo se clasifican las ondas?
¿Cómo se propagan una onda electromagnética en un medio con pérdidas?
¿Cuáles son los fenómenos ondulatorios?
¿Cuáles son las ecuaciones de Maxwell?
¿En qué consiste la Reflexión y la Refracción de Ondas Electromagnéticas?
¿Cómo se propagan los campos eléctricos y magnéticos en el vacío?
¿Cómo se propagan las Ondas Electromagnéticas en los medios?
¿En qué consiste la Interferencia y la Difracción de Ondas Electromagnéticas?
¿Cuál ecuación de Maxwell me define que no existe la carga magnética aislada?
¿Cómo varían las ecuaciones de Maxwell si suponemos que existe la carga magnética?
¿Cómo radia una onda electromagnética?
6. COMPETENCIAS
Competencia de énfasis
Aplica los conocimientos de la Teoría Electromagnética en la solución de ejercicios de aplicación de la
ingeniería con base a los criterios de campos electromagneticos y ondas electromagneticas.
Competencias específicas
• Aplica los principios de la física en el análisis de un fenómeno en estudio, planteando modelos
matemáticos que permitan describir el sistema físico y estimar órdenes de magnitud como base de
argumentación en suposiciones y simplificaciones.
• Genera capacidad de investigación al realizar la preparación de los temas.
• Le permite inferir de los fenómenos físicos un modelamiento matemático.
• Desarrolla un lenguaje matemático que le permite comprender e interpretar los fenómenos físicos.
• Le permite representar gráficamente los fenómenos físicos.
• Comprende la importancia de las asignaturas matemáticas como herramienta de comprensión de
asignaturas posteriores.
• Construye y aplica conocimiento para la solución de problemas de Ingeniería de
Telecomunicaciones en general.
• Emplea herramientas computacionales para solucionar asignaciones.
GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 3 de 6
Competencias genéricas
Comunicación en lengua materna
• Comprende la terminología técnica empleada en el curso.
• Explica paso a paso y con claridad el procedimiento para la solución de problemas a través de los
métodos numéricos.
• Describe y explica la secuencia de pasos en el análisis de un fenómeno particular para la solución
de problemas de física, incluyendo las simplificaciones y suposiciones en el modelo planteado.
• Expresa con claridad los conceptos o definiciones propias de la física para el planteamiento y
solución de problemas.
Comunicación en lengua extranjera
• Maneja terminología técnica básica del área de la física para la comprensión de fuentes de
consulta en inglés.
Pensamiento matemático
• Aplica los métodos matemáticos y numéricos según los principios de cálculo y álgebra para la
solución de problemas.
Ciencia, tecnología y manejo de la información
• Consulta fuentes bibliográficas sobre física y demás literatura técnica para desarrollar trabajos de
investigación y desarrollo de proyectos.
Pensamiento ciudadano
• Trabaja en equipo para el análisis y solución al problema planteado en el proyecto de fin de
semestre a partir de valores de responsabilidad orientados al desarrollo social y a la preservación
del medio ambiente.
7. DISCIPLINAS QUE SE INTEGRAN
Cálculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales, Cálculo, Álgebra, Ecuaciones Diferenciales, Probabilidad
y Estadística, Física.
8. TEORÍAS Y CONCEPTOS
PRELIMINARES ( ALGEBRA VECTORIAL, SISTEMAS DE COORDENADAS Y CÁLCULO
VECTORIAL)
1. Escalares y vectores
2. Operaciones elementales con vectores.
3. Componentes de un vector.
4. Sistemas de coordenadas.
5. Coordenadas cartesianas
6. Coordenadas cilíndricas
7. Coordenadas esféricas.
8. Longitud vectorial, área y volumen diferencial en los diferentes sistemas coordenados.
9. Integrales de Línea y superficie.
10. Gradiente, divergencia y Rotacional y Laplaciano de Funciones.
11. Aplicaciones.
CAMPOS ELECTROSTÁTICOS.
1. Ley de Coulomb y campo eléctrico.
2. Campo eléctrico de distribuciones continuas de carga eléctrica.
3. Forma diferencial e integral de la ley de Gauss. Aplicaciones
r
4. Potencial Eléctrico. Relación entre E y V
5. El dipolo eléctrico
6. Líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales.
7. Densidad de energía de los campos electrostáticos.
GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 4 de 6
Propiedades eléctricas de materiales conductores y dieléctricos.
Polarización eléctrica, constante y rigidez dieléctrica.
Ecuación de continuidad y tiempo de relajación.
Condiciones de frontera.
Problemas de valor en la frontera para campos electrostáticos.
Ecuación de Poisson y Laplace. Métodos de solución en los diferentes sistemas coordenados
Teorema de unicidad y método de imágenes electrostáticas.
Aplicaciones.
CAMPOS MAGNETOSTÁTICOS Y ECUACIONES DE MAXWELL.
1. Ecuaciones de Maxwell para campos magnetostáticos
2. Ley de Biot-Savart
3. Ley de Ampere. Aplicaciones.
4. Potencial vectorial magnético.
5. Fuerza Magnética, par de torsión y momento magnético.
6. El dipolo magnético
7. Materiales Magnéticos
8. Magnetización y corrientes de Magnetización.
9. Clasificación de los materiales magnéticos
10. condiciones en la frontera para campos magnetostáticos
11. Inductores e inductancia
12. Energía magnética
13. Circuitos magnéticos.
14. Ecuaciones de Maxwell.
15. Aplicaciones.
ONDAS MECÁNICAS
1. Introducción. Definiciones, clasificación, Ecuación de onda, etc.
2. Ondas Mecánicas: armónica (solución de la ecuación de onda), ondas en cuerdas, superposición
de ondas, ondas estacionarias, energía, potencia e intensidad.
3. Superposición de ondas, definiciones de velocidad de grupo y velocidad de fase.
4. Aplicaciones.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS (OEM)
1. Naturaleza de la luz. Espectro de ondas electromagnético.
2. Ecuaciones de Maxwell en forma diferencial e integral.
3. Ecuaciones de Maxwell en el espacio libre.
4. Propagación de OEM en el vacío. Ecuaciones de onda. Solución de la ecuación de onda.
5. Energía, potencia, momentum e intensidad de una OEM (por unidad de volumen). Vector de
Poynting
6. Aplicaciones.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS EN MEDIOS.
1. Ecuaciones de Maxwell para medios lineales, homogéneos e isótropos.
2. Ecuaciones de onda en medios.
3. Energía, potencia, momentum e intensidad de una OEM. Vector de Poynting.
4. Aplicaciones.
FENÓMENOS ONDULATORIOS.
1. Reflexión y refracción de ondas.
2. Interferencia de ondas electromagnéticas.
3. Experimento de Young de la doble rendija.
4. Difracción de ondas electromagnéticas.
5. Aplicaciones.
GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 5 de 6
9. METODOLOGÍA
Modelo Pedagógico: Problémico.
• Clase Participativa: Con lo cual se pretende dar al estudiante lafundamentación necesaria en
cada uno de los temas;Construyendo escenarios simulados por parte del profesor, basados en
preguntas, que le permitirán al estudiante la aprehensión del conocimiento y con ello motivar una
participación activa del mismo.
•
Solución de problemas en clase: Esta actividad constituye un buen complemento, puesto que le
permite al estudiante comenzar a afianzar la teoría previamente presentada.
•
Tiempo independiente: Existen trabajos que el estudiante debe realizar en un tiempo adicional al
de las horas de clase y que serán orientados por el docente.
•
Tutorías: Guiadas por el profesor. Los alumnos pueden realizar consultas para aclarar dudas y
afianzar sus conocimientos.
•
Discusión, análisis y aplicación de determinados tópicos referentes a la asignatura, mediante el
cual los estudiantes pueden formular soluciones, exponer sus ideas en el aula, y posteriormente
aplicarlo en sus materias complementarias. Uso de herramientas computacionales para la
realización de asignaciones.
• Evaluación de los temas expuestos: Por el docente, bajo su supervisión y guía, estimulando a
los estudiantes a la apropiación de los fundamentos expuestos en el aula de clase.
• Proyecto de investigación o de materia.Mediante esta estrategia metodológica se pretende que
el estudiante comprenda y expanda su visión alrededor de la potencialidad e integración de las
asignaturas propias del semestre, generando así aplicaciones en el área de las
Telecomunicaciones a partir de las competencias que le proporciona cada asignatura. El proyecto
integrador se define en claustro de docentes al inicio del semestre. Si la asignatura no queda
incluida dentro del proyecto integrador, el docente podrá planificar el correspondiente proyecto de
asignatura.
10. EVALUACIÓN
Ver Anexo Evaluación.
11. RECURSOS
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA
[1] CHENG, D. K. “Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería” ADDUSIB-WESLEY
IBEROAMERICANA, S.A. Segunda edición, 2002.
[2] SADIKU, M. Elementos de Electromagnetismo, Tercera Edición, Alfa Omega, 2006.
[3] HAYT, W. Teoría Electromagnética, 5ed, McGraw-Hill, 2008
[4] EDMINISTER, J. A. Electromagnetics. Schaum's Outline series McGraw-Hill. Second edition,
1993.
WEBGRAFÍA
MEDIOS AUDIOVISUALES
Diapositivas, Videobeam.
SOFTWARE, AULAS VIRTUALES Y OTROS ESPACIOS ELECTRÓNICOS
MATLAB
GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO APRENDIZAJE Y DOCENCIA
PLAN DE ASIGNATURA/ SEMINARIO/MÓDULO
LABORATORIOS Y/O SITIOS DE PRÁCTICA
Salas de informática.
EQUIPOS Y MATERIALES
Computadores con Matlab.
VERSIÓN 04
CODIGO F-GD-02
Página 6 de 6