Download E 3 17 1 Teoría Campos Electromagnéticos - FCEIA

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA - UNR
PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA: TEORÍA DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
CÓDIGO: E-3.17.1
PLAN DE ESTUDIOS: 99
PRESUPUESTO HORARIO SEMANAL PROMEDIO
CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
TEORÍA
DEPARTAMENTO: ELECTROTECNIA Y METROLOGÍA
PRÁCTICA:
PROFESOR: FÉLIX JULIO SESMA
LABORATORIO:
3,5
1
3
2
0,5
3
TOTAL ASIGNADO:
7
4
1+2+3
PROGRAMA VIGENTE - SEMESTRAL
DEDICACIÓN DEL ALUMNO FUERA DE
CLASE
7
5
OBSERVACIONES:
PRESUPUESTO TOTAL
14
6
5+6
PROG. BASADO EN SEMANAS ÚTILES
16
7
HORAS TOTALES ASIGNADAS
112
7X4
HORAS TOTALES PRESUPUESTAS
124
7X6
1999 HASTA AÑO
ÚLTIMO CURSO DESARROLLADO
OBJETIVOS (Qué debe saber el alumno al concluir el curso
Que el alumno conozca y pueda manejar:
a) Una disciplina físico-matemática
b) Las propiedades fundamentales de los campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos.
c) Algunos métodos de cálculo de parámetros de esos campos.
d) El origen de los modelos empleados en los Circuitos ("Electrotecnia")
e) El origen de las leyes que los rigen, con sus límites de validez.
f)
El principio de funcionamiento de algunos instrumentos y dispositivos.
g) El fundamento de algunas aplicaciones tecnológicas, relacionadas con líneas, máquinas y mediciones.
UBICACIÓN EN LA CARRERA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES
Se encuentra en la mitad de la carrera, en el ciclo profesional-Básico. Por ello, sucede a las asignaturas del
ciclo básico y precede a las del ciclo profesional-técnico.
Es, quizás, una de las primeras físico-matemáticas de la carrera. Debe familiarizar a los alumnos en ese tipo de
disciplina. Hace uso concreto de la temática de las asignaturas correlativas previas. Trata de "encadenar" los
conocimientos adquiridos, por separado, en cada área previa.
Intenta preparar al alumno en los elementos necesarios para las futuras aplicaciones tecnológicas.
MATERIAS RELACIONADAS
Previas:
Álgebra y GeometríaII, Análisis Matemático III y Física III
Simultáneas:
Análisis de Circuitos I (aconsejable)
Posteriores:
Conversión de la Energía I
..........................................
.......................................... .......................................... ..........................................
FIRMA PROFESOR
FECHA
APROBADO ESCUELA
FECHA
APROBADO EN REUNIÓN DE CONSEJO ACADÉMICO DE FECHA: .................................................................
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
CAP 1
ELECTROSTÁTICA
1.0 Sistema de ecuaciones de Maxwell
1.0.1 Importancia y crítica
1.0.2 Las ecuaciones del sistema y sus relaciones complementarias.
1.0.3 Comentarios a cada una de las ecuaciones.
1.1 Régimen Estacionario
1.1.1 El sistema de ecuaciones de Maxwell en régimen estacionario.
1.1.1.1 Separación de los campos eléctrico y magnético
a) Sus limitaciones. Exclusión de transformaciones energéticas.
1.1.2 Obtención de las Ecuaciones de Laplace y Poisson
1.1.3 Condiciones de contorno. Leyes. Casos particulares.
1.1.4 Aplicaciones tecnológicas.
1.1.4.1 Condensadores.
1.1.4.2 Gradiente disruptivo.
1.1.5 Geometría de campos y sus aplicaciones
1.1.5.1 Cargas puntuales alineadas. Espinterómetro.
1.1.5.2 Hilos paralelos cargados. Líneas aéreas.
1.2 Solución de las Ecuaciones de Laplace y Poisson
1.2.1 Los problemas de Dirichlet y Von Neumann.
1.2.1.1 Enunciado de sus teoremas de unicidad. Su utilidad.
1.2.1.2 Solución del potencial creado por distribuciones de carga. Superposición.
1.2.1.3 Presentación de algunos métodos de resolución.
1.2.2 Método de las imágenes
1.2.2.1 Fundamento general.
1.2.2.2 Carga frente a un plano conductor. Análisis.
1.2.2.3 Hilo cargado frente a plano conductor. Principio de superposición.
1.2.2.4 Aplicaciones. Carga inducida. Capacidad. Esfuerzos.
1.2.2.5 Carga frente a diedro recto.
1.2.2.6 Limitaciones del método. Diedros resolubles.
1.2.2.7 Cambio de permitividad.
1.2.2.8 Carga puntual frente a una esfera conductora. Diversos casos. Aplicaciones.
1.2.3 Métodos numéricos. Relajación. Incrementos y elementos finitos (opcional).
1.2.4 Métodos gráficos. Cuadrados curvilíneos. Aplicaciones (opcional).
1.3 Coeficientes característicos.
1.3.1 Toerema de reciprocidad de Green. Enunciado.
1.3.2 Coeficiente de potencial.
1.3.2.1 Generación. Sistema de ecuaciones. Notación matricial.
1.3.2.2 Propiedades de los coeficientes. Signos. Relaciones. Reciprocidad. Incidencia
de los estados de energetización.
1.3.3 Coeficientes de capacidad
1.3.3.1 Generación. Sistema de ecuaciones.
1.3.3.2 Propiedades de los coeficientes.
1.3.4 Apantallanamiento
1.3.4.1 Definición
1.3.4.2 Propiedades de los coeficientes de potencial y capacidad.
1.3.5 Aplicación a coeficientes de líneas aéreas
1.3.5.1 Modelo a través del método de las imágenes.
1.3.5.2 Cálculo de los coeficientes.
1.3.5.3 Cálculo de parámetros de líneas.
1.4 Energía del campo eléctrico y esfuerzos
1.4.1 Energía
1.4.1.1 Su expresión en función de cargas y potenciales. Sistemas de conductores.
1.4.1.2 Expresión en función de los parámetros de Maxwell
1.4.1.3 Evoluciones a cargas y a potenciales constantes. Aplicaciones.
1.4.2 Esfuerzos
1.4.2.1 Fuerzas mecánicas en un sistema de conductores. Diversas expresiones.
1.4.2.2 Estados de tensión de Maxwell. Modelo. Tensiones. Acción en la superficie de
separación de dos medios. Aplicaciones.
2. CAMPO MAGNÉTICO
2.0 Generalidades
2.0.0 Teorema de Helmholtz. Enunciado. Utilidad
2.0.1 Magnetostática. Su imposibilidad en medios isótropos.
2.1 Campo magnético creado por corrientes eléctricas
2.1.1 Aspecto de las ecuaciones de Maxwell.
2.1.2 Potencial vectorial. Ecuación de Poisson. Su solución
2.1.3 Primera ley de Laplace. Enunciado.
2.1.4 Campo creado por sistemas filiformes. Ley de Biot. Expresión.
2.1.5 Condiciones de contorno. Leyes. Casos particulares. Aplicaciones.
2.2 Ley de Ampere-Maxwell
2.2.1 Expresión . Comentarios sobre su utilidad.
2.2.2 Ejemplo con simetría. Conductor filiforme rectilíneo muy largo.
2.2.3 Ejemplo sin simetría. Circuitos magnéticos.
2.3 Coeficientes de inducción
2.3.1 Definición de los coeficientes de inducción propia, mutua y aparente.
2.3.2 Relaciones entre ellos. Propiedades generales.
2.3.3 Propiedad de reciprocidad.
2.3.4 Definiciones a través de f.e.m.i. y de energía.
2.3.5 Coeficiente de autoinducción de un conductor rectilíneo muy largo. Su cálculo por
energía.
2.3.6 Inductancia aparente de un sistema de transmisión casi filiforme rectilíneo de "n"
conductores paralelos.
2.3.7 Método de la distancia media geométrica (DMG)
2.3.7.1 Problema introductorio del potencial vectorial. Convergencia.
2.3.7.2 Definición de DMG. Concepto. Utilidad.
2.3.7.3 Su cálculo para sección circular y rectangular. Comparación.
2.3.7.4 Su cálculo para un punto muy alejado de la sección transversal.
2.3.7.5 Primer lema (DMG entre superficies). Utilidad. Aplicación a dos superficies
circulares. Otras aplicaciones.
2.3.7.6 Segundo lema (DMG equivalente de superficies equipotenciales). Utilidad.
Aplicación a secciones huecas. Diversas aplicaciones.
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
2.3.8 Coeficientes de cables armados.
2.3.8.1 DMG y RMR en cables armados.
2.3.8.2 Coeficientes de inducción aparentes y propios en cables armados.
2.4 Energía del campo magnético y fuerzas.
2.4.1 Energía del campo magnético
2.4.1.1 Su expresión en función de parámetros integrales. Aspectos.
2.4.1.2 Su expresión en función de los parámetros locales generadores. Aspecto.
2.4.1.3 Su expresión según los parámetros de Maxwell. Aspecto.
2.4.1.4 Energía por unidad de volumen. Comentarios.
2.4.2 Fuerzas entre conductores recorridos por corrientes con inductancia mutua
variable.
2.4.3 Segunda Ley de Laplace. Su expresión y su crítica.
2.4.4 Vínculo entre energía de campo magnético y trabajo mecánico. Aplicaciones.
2.4.4.1 Primer caso. Instrumento de bobina móvil e imán permanente.
2.4.4.2 Segundo caso. Instrumento de hierro móvil.
2.4.4.3 Tercer caso. Instrumento electrodinámico.
2.4.5 Estados de tensión de Maxwell en el campo magnético
2.4.5.1 Extensión formal a partir del campo eléctrico.
2.4.5.2 Esfuerzo en la superficie de separación de dos medios. Aplicaciones en
instrumentos y máquinas.
2.5 Ecuación de Poisson y Laplace en el campo magnético (opcional).
2.5.1 Métodos numéricos.
2.5.2 Métodos gráficos. Cuadrados curvilíneos. Aplicaciones. Críticas.
3. CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
3.1 Fuerza electromotriz y resistencia
3.1.1 Fuerza electromotriz (f.e.m.)
3.1.1.1 Introducción. Comentarios. Concepto de campo impreso. Su modelo.
3.1.1.2 Comentario al régimen variable.
3.1.2 Ley general de la inducción. Generación de f.e.m.
3.1.2.1 Expresión de la f.e.m. de un circuito que se despalza sumergido en un campo
magnético variable. Coherencia con el modelo.
3.1.2.2 Ejemplos críticos de f.e.m. Aplicaciones varias.
3.1.2.3 Comentarios al carácter de una f.e.m.
3.1.3 Resistencia
3.1.3.1 Definiciones previas. Ley de Ohm puntual. Algunas propiedades.
3.1.3.2 Ley de Ohm integral. Cálculo de resistencias y conductancias.
3.1.3.3 Relación entre conductancia y capacidad.
3.1.3.4 Condiciones de borde entre dos medios conductores.
3.1.3.5 Resistencia y conductancia superficial. Aplicaciones.
3.1.4 Dispositivos
3.1.4.1 Aplicación de los conceptos de f.e.m., resistencia y esfuerzos,para su análisis.
3.1.4.2 Aplicaciones tecnológicas.
3.1.5 Puestas a tierra de protección
3.1.5.1 Generalidades. ¿Qué es lo que provoca un accidente? Corrientes tolerables por
el cuerpo humano.
CONTENIDO TEMÁTICO
3.1.5.2 Definiciones. Resistencia de puesta a tierra. Tensión de paso. Tensión de
contacto. Tensión de transferencia. Relaciones.
3.1.5.3 Resistividad del terreno. Factores que la influencias.
3.1.5.4 Clasificación de las tomas a tierra según Normas.
3.1.5.5 Cálculo de los parámetros para algunos tipos de puestas a tierra.
3.2 Ecuaciones diferenciales de los vectores característicos del campo
electromagnético en régimen variable
3.2.1 Introducción.
3.2.1.1 Reordenamiento volumétrico.
3.2.1.2 Ecuaciones de Maxwell en régimen variable
3.2.1.3 Su expresión para medios isótropos.
3.2.2 Aspecto de las ecuaciones diferenciales de B, E, H, D, A y .
3.2.3 Transformación normal
3.2.4 Condición Lorentz.
3.2.5 Ecuaciones de ondas.
3.2.6 Potenciales electrodinámicos según Lorentz.
3.3 Balance energético en el campo electromagnético
3.3.1 Introducción y objetivo
3.3.2 Balance energético a partir de las ecuaciones de Maxwell.
3.3.3 Energía disipada por histéresis. Aspecto.
3.3.4 Vector de Poynting. Comentarios.
3.3.5 Ejemplos críticos.
3.4 Método simbólico
3.4.1 Introducción y nomenclatura.
3.4.2 Propiedades de los fasores.
3.4.3 Potenciales retardados en forma compleja.
3.4.4 Vector de Poynting complejo
3.4.5 Balance energético en el campo complejo.
3.5 Vínculo entre la teoría electromagnética y la teoría de circuitos
3.5.1 Introducción
3.5.1.1 Historia. Parámetros puntuales e integrales.
3.5.1.2 Corrientes de fuga y de desplazamiento. No simultaneidad entre causa y efecto.
3.5.2 Sobre la Primera Ley de Kirchoff.
3.5.2.1 Caracterización de un conductor. Incidencia de la frecuencia.
3.5.2.2 Primera Ley de Kirchoff y su crítica.
3.5.2.3 Concepto de parámetros distribuidos. Modelos para su introducción.
3.5.3 Sobre la Segunda Ley de Kirchoff.
3.5.3.1 Hipótesis.
3.5.3.2 Segunda Ley de Kirchoff y su crítica.
3.5.3.3 Resistencia de radiación.
3.5.4 Incidencia del retardo temporal sobre los campos electromagnéticos
3.5.4.1 Comentarios sobre los potenciales retardados según Lorentz.
3.5.4.2 Incidencia sobre el campo magnético. Campo próximo y remoto.
4. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
4.1 Propagación del campo electromagnético variable
CONTENIDO TEMÁTICO
Ordenar temas utilizando codificación decimal
4.1.0 Condiciones de contorno en régimen variable.
4.1.1 Fenómeno de la propagación de una discontinuidad en un medio continuo.
4.1.2 Propiedades de la propagación.
4.1.3 Velocidad de la propagación.
4.1.4 Propagación de la energía.
4.1.5 Vínculo entre campos.
4.2 Ecuaciones del campo electromagnético en forma compleja.
4.2.1 Ecuaciones de Maxwell en forma compleja.
4.2.2 Permitividad y permeabilidad compleja. Operadores complejos.
4.2.3 Ecuaciones de Helmholtz.
4.2.4 Ondas planas, esféricas y cilíndricas. Críticas
5. ONDAS PLANAS
5.1 Generalidades
5.1.1 Definición. Interés
5.1.2 Propiedades generales
5.1.3 Propagación de la energía.
5.2 Ondas planas en medios generales
5.2.1 Ecuación de Helmhotz. Solución general.
5.2.2 Onda directa. Onda reflejada.
5.2.3 Propiedades. Impedancia. Velocidad de fase.
5.2.4 Onda progresiva y onda estacionaria. Comparación. Composición y
descomposición.
5.3 Ondas planas en medios aislantes.
5.3.1Propiedades. Coeficientes.
5.3.2 Vector de Poynting. Balance energético.
5.4 Ondas planas en medios conductores.
5.4.1Propiedades. Coeficientes.
5.4.2 Atenuación. Interpretación física.
5.4.3 Vector de Poynting. Balance energético.
5.5 Interfaces de ondas planas generales (opcional).
5.5.1 Incidencia normal. Reflexión y transmisión. Casos particulares.
5.5.2 Generalización de la expresión de una onda plana. Vector onda.
5.5.3 Vector de Poynting. Balance energético. Interpretación.
CAP. 6
APLICACIONES TECNOLÓGICAS
6.1 Efecto pelicular
6.1.1 Descripción del fenómeno.
6.1.2 Relaciones matemáticas
6.1.3 Datos técnicos
6.2 Efecto de proximidad
6.2.1 Descripción del fenómeno
6.2.2 Origen del término
TRABAJOS PRÁCTICOS
a) Enumeración
Son problemas de aplicación del programa.
b) Guías de trabajos prácticos publicadas: (con su código de publicación)
Exclusivas para "E" y constan de cinco tomos que están a disposición de los alumnos en la
fotocopiadora de CECEIA y otras próximas a Facultad.
1) (F.P.1) Guía de problemas de E-3.17.1. Tomo I.
2) (F.P.2) Guía de problemas de E-3.17.1 Tomo II.
3) (F.P.3) Guía de problemas de E-3.17.1. Tomo III.
4) (F.P.3) Guía de problemas de E-3.17.1. Tomo IV.
5) (F.P.3) Guía de problemas de E-3.17.1. Tomo V.
BIBLIOGRAFÍA
a) Adecuada al programa. Ordenada por temas y con su codificación de biblioteca,
incluidas las publicaciones de la Cátedra con su código de publicación.
Cap. 0:
(F-0) SESMA. 1997/98. Para fotocopiar "CAP. 0" (Introducción Físico-Matemática)
(B-535.13/H426c). HAYT. 1991. Mcgraw Hill Interam. "Teoría Electromagnética".
(B-537/Z19) ZAHN. 1991. McGraw Hill Interam. "Teoría Electromagnética".
(B-537/P978c). PUGH-PUGH. 1965. Ed. Aguilar. "Fundam. de Electric. y Magnetismo"
Cap. 1:
(F-1) SESMA. 1989. Para fotocopiar "CAP. 1" (Electrostática)
(F-1ª) BELLAGAMBA. 1997/1998. Para fotocopiar. "Métodos Experim. de Mapeo"
(F-1b) SESMA. 1992. Para fotocopiar "COMPL. CAP. 1" (Completo)
(B-1) (B-535.13/H424c) + (B537/Z19) + (B-537/P978c) de Cap. 0
(B-538.3/K91) KRAUS. 1984 Mc graw Hill Interami "Electromangetismo"
Cap. 2:
(F-2) SESMA. 1989. Para fotocopiar "CAP. 2 - (Campo Magnético)
F-2ª) (F-1ª. Ver Aplic. a Campo Magnético)
(F-2b) SESMA. 1993. Para fotocopiar "COMPL. CAP. 2" (Completo)
(B-1) e Cap. 1 + (B-538.3/K91) de Cap. 1.
(B-2) (B.1) de Cap. 1 y Cap. 0
(Cap. 3:
(F-3) SESMA. 1990. Para fotocopiar "Cap. 3" (Campo electromagnético)
(F-3ª) BELLAGAMBA. 1991. Para fotocopiar. "COMPL. CAP. 3" (Resistencia-Puesta a
tierra)
(F-3b) SESMA. 1997. Para fotocopiar. "Balance energético en el campo complejo" (Cód. 7)
(B-3) (B-2) + (B-538.3/K91) de Cap. 2.
Cap. 4:
(F-4) SESMA. 1991. Para fotocopiar "Cap. 4" (Ondas Electromagnéticas)
(B-538.56/T676) TORALDO DI FRANCIA. 1953. Ed. Zanichelli. "Onde Elettromagnetiche".
(B.4) (B.1) de Cap. 1
Cap. 5:
(F.5) SESMA. 1996. Para fotocopiar. "Cap. 5" (Ondas Planas)
(B-5) (B.538.3/K91) de Cap. 1
Cap. 6:
(F-6) SESMA. 1996. Para fotocopiar. "Aplic. Tecnológicas".
(B-537.8/H768) HAMMOND. 1976. Ed. Labor. "Electromagnetismo Aplicado".
BIBLIOGRAFÍA
b) Complementaria para profundización o extensión de temas.
Cap. 0:
(F-0) SESMA. 1997/98. Para fotocopiar "CAP. 0" (Introducción Físico-Matemática)
(B-535.13/H426c). HAYT. 1991. Mcgraw Hill Interam. "Teoría Electromagnética".
(B-537/Z19) ZAHN. 1991. McGraw Hill Interam. "Teoría Electromagnética".
(B-537/P978c). PUGH-PUGH. 1965. Ed. Aguilar. "Fundam. de Elctric. y Magnetismo"
Cap. 1:
(F-1) SESMA. 1989. Para fotocopiar "CAP. 1" (Electrostática)
(F-1ª) BELLAGAMBA. 1997/1998. Para fotocopiar. "Métodos Experim. de Mapeo"
(F-1b) SESMA. 1992. Para fotocopiar "COMPL. CAP. 1" (Completo)
(B-1) (B-535.13/H424c) + (B537/Z19) + (B-537/P978c) de Cap. 0
(B-538.3/K91) KRAUS. 1984 Mc graw Hill Interami "Electromangetismo"
Cap. 2:
(B-2p) (B-1-p) de Cap. 0 + (B621.3/M896) de Cap. 1
Cap. 3:
(B-3p) (B-2p) de Cap. 2.
(C-3p a) (C-2p) AIRASCA. 1980. Trab. Final. "Aplic. de la Cuba Electrotelítica".
(C-3pb) (C-3p) CARSON. 1927. Anales de la BILL SYSTEM (publicación).
Cap. 6:
(C.6.p) SESMA. 1983. Para fotocopiar. "Aplic. de ondas planas".
(B-621.3/M896) NETUSHIL-POLIVANOV. 1959. MIR. "Principio de Electrotecnia-T III"
Códigos: (B) en Biblioteca de Facultad
f) ) para fotocopiar en proximidades de Facultad y CECEIA
(C) en poder de la cátedra