Download programa docente - ETSEI

PROGRAMA DOCENTE
Asignatura: CAMPOS Y ONDAS
E.T.S.I. Industriales de Vigo, curso 2001/2002
Datos administrativos:
Código de la materia
Nombre de la materia
Tipo materia (libre elección, optativa, obligatoria, troncal)
Alumnos nuevos
Alumnos totales
Créditos aula/grupo (A)
Créditos laboratorio/grupo (L)
Créditos prácticas/grupo (P)
Número grupos Aula
Número grupos Laboratorio
Número grupos Prácticas
Anual/Cuatrimestral
Departamento
Área de conocimiento
304100301
Campos y Ondas
Obligatoria
181
536
15
3
0
2
10
0
Anual
Física Aplicada
Física Aplicada (385)
Datos del Departamento:
PROFESORADO DE LA ASIGNATURA
Nombre profesor/a
Mariano J. Pérez-Martínez y
Pérez-Amor (*)
José
Luis
Fernández
Fernández
Código
Créditos (**)
0489
15A
0186
15A
José Carlos López Vázquez
0362
12L
José Meniño Pardal
0409
9L
Mohamed Boutinguiza
1635
9L
Lugar y horario tutorías (***)
Locales del Dpto. de Física Aplicada en la propia
Escuela, X18-20, J10-12, V10-12
Locales del Dpto. de Física Aplicada en la propia
Escuela, X12-13, X17-19, J19-20, V10-12
Locales del Dpto. de Física Aplicada en la propia
Escuela, X11-14
Locales del Dpto. de Física Aplicada en la propia
Escuela, M18-20
Locales del Dpto. de Física Aplicada en la propia
Escuela, M11-13
(*) Profesor coordinador de la materia.
(**) A= aula, L= laboratorio
(***) Se sigue la notación Día(L=lunes, M=martes, X=miércoles, J=jueves, V=viernes)Hora inicio-Hora fin
TEMARIO DE LA ASIGNATURA
I. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS ESTACIONARIOS
I.1. EL CAMPO ELECTROSTÁTICO EN EL VACÍO
Cap. 1. Descripción de la interacción electrostática mediante un campo de vectores
- Introducción
- Cargas puntuales y distribución continua de carga
- La ley de Coulomb
- El campo eléctrico
- Teorema de Gauss
1/8
Cap. 2. Descripción de la interacción electrostática mediante el potencial escalar
- El campo eléctrico es irrotacional
- El potencial electrostático
- El dipolo eléctrico. Acciones del campo eléctrico sobre un dipolo
- Ecuaciones de Poisson y Laplace
- Propiedades generales de las soluciones de la ecuación de Laplace
Cap. 3. Soluciones a las ecuaciones de Poisson y Laplace
- Teoremas de Green
- Utilización de las funciones de Green
- Funciones de Green para el problema del potencial
- Solución de la ecuación de Laplace en coordenadas rectangulares
- Solución de la ecuación de Laplace en coordenadas esféricas
- Solución de la ecuación de Laplace en coordenadas cilíndricas
- Método de las imágenes
- Métodos numéricos
- Métodos experimentales analógicos
I.2. EL CAMPO ELECTROSTÁTICO EN MEDIOS MATERIALES
Cap. 4. El campo electrostático en medios materiales
- El vector polarización
- Campo eléctrico producido por un material polarizado
- Ley de Gauss en un dieléctrico. El vector desplazamiento eléctrico
- Susceptibilidad eléctrica. Permitividad
- Los vectores de campo en la frontera entre dieléctricos
- La ecuación de Poisson para dieléctricos
Cap. 5. Energía electrostática
- Introducción
- Densidad de energía asociada a un campo eléctrico
- Energía de un sistema de conductores
- Energía de un sistema de cargas puntuales
- Acciones mecánicas en un campo electrostático
- Teoremas sobre la energía
Cap. 6. Conductores en equilibrio
- Sistemas de conductores
- Coeficientes de potencial, de capacidad y de influencia
- Pantalla eléctrica
- Condensadores
I.3. CORRIENTES ELÉCTRICAS ESTACIONARIAS
Cap. 7. Corrientes eléctricas estacionarias
- Naturaleza de la corriente
- Densidad de corriente
- Ecuación de continuidad
- Conductividad eléctrica. Ley de Ohm
- Distribución de potencial en los conductores. Condiciones de frontera
- Fuerzas electromotrices y contraelectromotrices
I.4. EL CAMPO MAGNETOSTÁTICO EN EL VACÍO
Cap. 8. Campos magnéticos
- Fuerzas magnéticas. El vector inducción magnética
- Fuerza sobre una carga puntual que se mueve en un campo magnético
- La divergencia de la inducción magnética
- Acciones del campo magnético sobre un circuito. El momento magnético
2/8
Cap. 9. Los potenciales magnéticos
- El potencial magnético vector
- Teorema de Ampère
- El dipolo magnético
- El potencial magnético escalar
I.5. EL CAMPO MAGNETOSTÁTICO EN MEDIOS MATERIALES
Cap. 10. El campo magnetostático en medios materiales
- El vector imanación
- La inducción magnética en puntos exteriores e interiores al material imanado
- Densidades de corriente equivalente
- Densidades de polo magnético
- Intensidad del campo magnético. Generalización de la ley de Ampère
- Susceptibilidad magnética y permeabilidad magnética
- Los vectores de campo en la frontera entre dos medios de diferentes propiedades magnéticas
- Circuitos de corriente que contienen medios magnéticos. El circuito magnético
- Circuitos magnéticos que contienen imanes permanentes
- Problemas con valores en la frontera en los que intervienen materiales magnéticos
II. FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS NO ESTACIONARIOS
II.1. CAMPOS VARIABLES CON EL TIEMPO
Cap. 11. La inducción electromagnética
- La ley de inducción de Faraday y Lenz
- Fuerza electromotriz inducida en un sistema en movimiento
- La intensidad de campo eléctrico inducido en función del potencial
magnético vector
- Acoplamiento magnético. Coeficientes de inducción
Cap. 12. Energía y fuerzas magnéticas
- Energía almacenada en un campo magnético
- Energía de un sistema de circuitos acoplados
- Fuerzas y momentos en circuitos rígidos
- Pérdidas por histéresis
II.2. ECUACIONES DEL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
Cap. 13. Ecuaciones de Maxwell
- Ecuación de continuidad
- La corriente de desplazamiento
- Las ecuaciones de Maxwell
- Condiciones de contorno del campo electromagnético
Cap. 14. Los potenciales del campo electromagnético
- Potenciales electrodinámicos
- Invarianza de contraste de los potenciales
- Soluciones de las ecuaciones de Maxwell
- Potenciales de retardo
Cap. 15. Energía y momento del campo electromagnético
- Ley de la conservación de la energía en un campo electromagnético.
Vector de Poynting
- Ley de conservación del impulso del campo electromagnético
II.3. PROPAGACIÓN DEL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
Cap. 16. Ondas planas en medios no conductores
- Introducción
- La ecuación de onda para los campos eléctrico y magnético
- Ondas planas en dieléctricos. Impedancia del medio
- Energía y potencia transmitida
- Polarización de ondas planas
3/8
Cap. 17. Ondas planas en medios conductores
- Expresiones de los campos eléctrico y magnético
- Pérdidas
- Caso de buenos conductores
Cap. 18. Ondas planas en presencia de discontinuidades entre medios dieléctricos
- Incidencia de una onda plana sobre un dieléctrico. Leyes de la reflexión y la refracción
- Onda incidente polarizada con su vector eléctrico normal al plano de incidencia
- Onda incidente polarizada con su vector eléctrico paralelo al plano de incidencia
- Ángulo de Brewster. Polarización por reflexión
- Coeficientes de reflexión y transmisión
- Reflexión total
Cap. 19. Comportamiento de una onda plana en la separación de un dieléctrico y un metal
- Reflexión de una onda plana que incide normalmente sobre una
superficie conductora
- Incidencia oblicua
- Propagación entre placas conductoras paralelas
II.4. CORRIENTES QUE VARÍAN LENTAMENTE
Cap. 20. Campos cuasiestacionarios
- Definición de campo cuasiestacionario
- Aplicación de las ecuaciones de Maxwell a los conductores
- Conductor plano que ocupa un semiespacio. Efecto pelicular
- Conductor cilíndrico
- La distribución del campo magnético variable con el tiempo en hojas de hierro
- Obtención de las leyes de Kirchhoff a partir de los campos electromagnéticos
- Validez del concepto de circuito
III. PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS DE LA MATERIA
Cap 21. Propiedades magnéticas de la materia
- Origen de la imanación
- Diamagnetismo
- Paramagnetismo
- Ferromagnetismo
- Dominios ferromagnéticos
- Antiferromagnetismo y ferrimagnetismo
Cap 22. Los electrones en los sólidos
- Los electrones libres en los metales
- Teoría cuántica de los electrones libres
- Emisión electrónica
- La teoría de bandas
-------------------------------------------------------------------------------PRÁCTICAS DE LABORATORIO
1.
2.
3.
4.
5.
Condensador plano: estudio de la capacidad en función de: a) el área de las armaduras; b) la separación
entre armaduras; c) la presencia de un dieléctrico.
Estudio de la capacidad de esferas conductoras en función de: a) su radio; b) la proximidad de otros
conductores. El condensador esférico.
Campo eléctrico y conductividad en láminas débilmente conductoras, bajo diferentes geometrías de
electrodos. Obtención de líneas equipotenciales y gradientes.
Ley de Biot y Savart. Estudio del valor del campo magnético en función de: a) la intensidad de la
corriente; b) el radio de las espiras; c) la distancia al plano de las espiras. Determinación del momento
magnético de un imán.
Medida mediante sonda Hall de campos magnéticos. Estudio de los campos creados por: a) solenoides,
en su interior y exterior; b) bobinas de Helmholtz.
4/8
6.
Cálculo del coeficiente de inducción mutua entre: a) bobinas paralelas y b) solenoides coaxiales. Cálculo
del coeficiente de autoinducción de: a) un solenoide y b) una bobina.
7. Ferromagnetismo: a) visualización en un osciloscopio de la curva de histéresis y determinación del área
del ciclo de histéresis, a 50 Hz; b) medida de las componentes radial y transversal de campos magnéticos
debidos a imanes.
8. Polarización lineal con uno y con dos polarizadores de película dicroica: ley de Malus; absorbancia.
9. Comprobación de las leyes de Fresnel de la reflexión empleando un láser y una interfaz aire-vidrio.
Determinación del ángulo de Brewster y del índice de refracción del vidrio.
La docencia de prácticas se desarrollará en el LABORATORIO DE CAMPOS Y ONDAS Y MÉTODOS de
la E.T.S.I.I. de Vigo.
BIBLIOGRAFÍA
LIBROS DE TEXTO:
- Lorrain, P., Corson, D.R., "Campos y ondas electromagnéticos", Ed. Selecciones Científicas.
- Reitz, J.R., Milford, F.J., Christy, R.W., "Fundamentos de la teoría electromagnética", Ed. Addison-Wesley.
- Kraus, J.D., "Electromagnetismo", Ed. McGraw-Hill.
- Wangsness, R.K., "Campos electromagnéticos", Ed. Limusa.
- Zahn, M., "Teoría electromagnética", Ed. Interamericana.
- Plonus, M.A., "Electromagnetismo Aplicado", Ed. Reverté.
- Popovic, B.D., "Introductory engineering electromagnetics", Ed. Addison-Wesley.
- Ramo, S., Whinnery, J.R., Van Duzer, T., "Fields and Waves in communication electronics,", Ed. John
Wiley & Sons.
- Ratnajeevan H. Hoole, Ratnamahilan P. Hoole, "A modern short course in engineering electromagnetics",
Ed. Oxford University Press.
LIBROS DE PROBLEMAS RESUELTOS:
- E. Benito, "Problemas de campos electromagnéticos", Ed. AC, Madrid.
- Edminister, J.A., "Electromagnetismo", Ed. McGraw-Hill, serie Schaum.
- Batiguin, V.V., Toptiguin, I.N., "Problemas de electrodinámica y teoría espacial de la relatividad",
Ed.URSS.
- Sadiku, M.N., "Elements of electromagnetics" y "Solutions manual for elements of electromagnetics", Ed.
Saunders College Publishing.
- Ch. de Cidrac, "Problemas de electricidad", Ed. Reverté.
- J. Fraile, "Problemas de electrotecnia, parte 1: campos eléctricos", E.T.S. Ing. Telecomunicación, Univ.
Politécnica de Madrid.
- E. López Pérez, F. Nuñez Cubero, "100 problemas de Electromagnetismo", Alianza Editorial.
- V. López Rodríguez, "Problemas resueltos de Electromagnetismo", Ed. Centro de Estudios Ramón Areces.
LIBROS DE CONSULTA:
- Smythe, W.R., "Static and dynamic electricity", Ed. McGraw-Hill.
- Durand, E., "Électrostatique" y "Magnètostatique", Ed. Masson et Cie.
- Panofsky, W.K., Phillips, M., "Classical electricity and magnetism", Ed. Addison-Wesley.
- Jackson, "Electrodinámica Clásica", Ed. Alhambra.
- Stratton, J.A., "Electromagnetic Theory", Ed. McGraw-Hill.
LIBROS DE TABLAS MATEMÁTICAS:
- Bronshtein, I, "Manual de matemáticas", ed. MIR.
- Spiegel, M.R., "Manual de fórmulas y tablas matemáticas", Ed. McGraw-Hill, serie Schaum.
--------------------------------------------------------------------------------
5/8
MÉTODO DOCENTE
1. ACTOS DOCENTES
1.1. Docencia de Aula.
- Para la docencia de Teoría se utilizará preferentemente la lección magistral (60% de la docencia de aula).
- Para la docencia de Problemas se realizarán prácticas de pizarra (40% de la docencia de aula).
1.2. Docencia de Laboratorio.
- Prácticas de laboratorio.
2. MEDIOS MATERIALES DISPONIBLES PARA LA DOCENCIA DE AULA
- Proyector de transparencias.
3. ORGANIZACIÓN DE LA DOCENCIA.
3.1. Docencia de Aula.
- Se divide en dos partes: primer parcial y segundo parcial.
3.2. Docencia de Laboratorio.
- Se desarrollará en el laboratorio de la asignatura y no se subdivide por parciales.
- La asistencia a las sesiones de prácticas es condición indispensable para aprobar la asignatura. En cada
sesión de laboratorio se controlará la asistencia mediante una hoja de firmas. Las faltas de asistencia sólo
serán justificables por causas de fuerza mayor (debidamente demostradas) y, en ese caso, se asignará al
alumno un nuevo día para que pueda realizar la práctica pendiente.
- En el servicio oficial de reprografía del Centro se pondrán a disposición de los alumnos los guiones de las
prácticas. Antes de cada sesión de laboratorio deberá ser estudiado con detenimiento el correspondiente
guión.
- Durante cada sesión de laboratorio se realizarán las mediciones y se anotará toda la información relevante,
reflejándose en un informe que cada grupo deberá entregar al profesor al final de la sesión.
EVALUACIÓN
1. PRUEBAS DE EVALUACIÓN.
1.1. Docencia de Aula.
1.1.1. Convocatorias de junio y septiembre.
La docencia de Aula se evaluará en cada convocatoria mediante dos exámenes parciales escritos, compuestos
cada uno de ellos de dos partes: Problemas y Teoría. Adicionalmente a los exámenes correspondientes a las
convocatorias oficiales de junio y septiembre, se realizará un examen del primer parcial en la fecha fijada
oficialmente por la Dirección de la E.T.S.I.I. de Vigo, dentro del período reservado al efecto en enero/febrero.
Respecto a su carácter y al material utilizable en su realización:
a) En la parte de Problemas se permitirá utilizar únicamente los apuntes de teoría oficiales de la asignatura
(incluyendo las fotocopias complementarias de teoría depositadas a lo largo del curso en el servicio oficial
de reprografía), un libro de teoría y un libro de tablas matemáticas (Bronshtein o similar). No se
permitirán apuntes manuscritos, ni colecciones ni libros de problemas.
b) En la parte de Teoría se propondrán cuestiones teórico-prácticas sobre fundamentos y, en su caso, un tema
y no se permitirá utilizar ningún material.
1.1.2. Convocatorias de diciembre y extraordinaria fin de carrera.
La docencia de Aula se evaluará mediante un único examen escrito compuesto de dos partes: Problemas y
Teoría. Se realizará el mismo examen para ambas convocatorias, en la fecha fijada oficialmente por la
Dirección de la E.T.S.I.I. de Vigo.
Respecto a su carácter y al material utilizable, son de aplicación las normas a) y b) del epígrafe 1.1.1 anterior.
1.2. Docencia de Laboratorio.
Se evaluará mediante un examen escrito en el que se propondrán diversas cuestiones sobre las prácticas
impartidas durante el curso. Para realizar este examen no se permitirá utilizar ningún material.
El examen de Laboratorio se realizará el mismo día en que se celebre el examen correspondiente al 1º parcial
en las convocatorias oficiales de junio y septiembre.
2. CALIFICACIONES.
De las pruebas de evaluación se extraen calificaciones parciales que se utilizan para obtener la calificación
global del alumno en la asignatura como se detalla en lo que sigue.
6/8
2.1. Calificaciones de la docencia de Aula.
2.1.1. Convocatorias de junio y septiembre.
En cada examen parcial:
- La parte de Problemas será calificada con una nota P entre 0 y 10 puntos.
- La parte de Teoría será calificada con una nota T entre 0 y 10 puntos.
- La nota media M del parcial se calcula como M = (P+T)/2.
(Para distinguir entre parciales cuando sea necesario, escribiremos M1 y M2 para representar los valores de M
en el primer y segundo parcial, respectivamente).
Basándose en estas tres calificaciones se obtiene la siguiente tabla de resultados:
TABLA DE RESULTADOS PARA EXAMENES PARCIALES
Problemas
Teoría
Media
Resultado en el parcial
P<3,5
cualquiera
cualquiera
suspenso
cualquiera
T<3,5
cualquiera
suspenso
M<4
suspenso
primer parcial febrero: suspenso
P≥3,5
T≥3,5
4≤M<5
junio y septiembre: compensable
M≥5
aprobado
En función de estos resultados:
- Si se aprueba el primer parcial en cualquier convocatoria, se mantendrá aprobado con la calificación
obtenida, incluso para cursos posteriores.
- Si se obtiene una calificación de compensable en el primer parcial en la convocatoria de junio, se guardará
esa calificación hasta la convocatoria de septiembre del mismo curso académico.
- Si se obtiene una calificación de aprobado o compensable en el segundo parcial en la convocatoria de junio,
se guardará esa calificación hasta la convocatoria de septiembre del mismo curso académico.
- Si se suspende un parcial, deberá repetirse indefectiblemente en otra convocatoria.
- Si se obtiene una nota media de los parciales (M1+M2)/2 igual o superior a 5 (no estando suspenso ninguno
de ellos) pero no se aprueba la asignatura por no haber aprobado la docencia de Laboratorio, el alumno
conservará esa nota como calificación de Aula para convocatorias posteriores.
2.1.2. Convocatorias de diciembre y extraordinaria fin de carrera.
En el examen realizado:
- La parte de Problemas será calificada con una nota P entre 0 y 10 puntos.
- La parte de Teoría será calificada con una nota T entre 0 y 10 puntos.
- Si en alguna de las dos partes la calificación es inferior a 3,5 puntos, se suspenderá el examen y, por tanto,
la asignatura en esa convocatoria.
- La nota media del examen se calcula como D = (P+T)/2 (sólo en el caso de que P≥3,5 y T≥3,5).
- Si se obtiene una nota media D igual o superior a 5 pero no se aprueba la asignatura por no haber aprobado
la docencia de Laboratorio, el alumno conservará esa nota como calificación de Aula para convocatorias
posteriores.
2.2. Calificaciones de la docencia de Laboratorio.
A lo largo del curso se controlará individualmente, mediante hojas de control de asistencia firmadas y
mediante los informes de sesión escritos, si el alumno ha asistido a todas las sesiones y entregado todos los
informes. Ambas condiciones son necesarias para aprobar la docencia de Laboratorio. En caso afirmativo, el
alumno se considera "apto en Laboratorio" y no necesita asistir de nuevo a las sesiones de prácticas. En caso
negativo, la docencia de Laboratorio se considera suspensa y el alumno deberá repetir las sesiones de
prácticas en un curso posterior.
El examen de Laboratorio será calificado con una nota L entre 0 y 0,8 puntos.
Para aprobar la docencia de Laboratorio es necesario y suficiente ser "apto en Laboratorio" y obtener una
calificación L ≥ 0,3.
Con independencia de la calificación global que se obtenga en la asignatura:
- Si el alumno ha aprobado la docencia de Laboratorio pero no aprueba la asignatura, conservará su aprobado
en Laboratorio y su nota L para convocatorias posteriores.
- Si L < 0,3 deberá repetirse indefectiblemente el examen de Laboratorio en otra convocatoria.
El alumno que haya realizado las prácticas en cursos anteriores, habiendo asistido a todas las sesiones y
entregado todos los preceptivos informes de sesión y memorias, se considera "apto en Laboratorio",
asignándosele un valor de L coincidente con la calificación de prácticas obtenida en su día (que también se
7/8
valoraba con una puntuación máxima de 0,8). En caso contrario, el alumno no se considerará "apto en
Laboratorio" y deberá repetir las sesiones de prácticas.
2.3. Calificación global.
2.3.1. Convocatorias de junio y septiembre.
La calificación global en la asignatura G se obtiene mediante la nota de Laboratorio L y la nota media de los
parciales M1 y M2 como:
G = (M1+M2)/2 + (L - 0,3)
Para aprobar la asignatura es necesario y suficiente:
- haber aprobado la docencia de Laboratorio,
- haber obtenido en cada uno de los dos parciales una calificación de aprobado o compensable, y
- haber obtenido una calificación global G igual o superior a 5.
2.3.2. Convocatorias de diciembre y extraordinaria fin de carrera.
La calificación global en la asignatura G se obtiene mediante la nota de prácticas L y la nota media del
examen D como:
G = D + (L - 0,3)
Para aprobar la asignatura es necesario y suficiente:
- haber aprobado la docencia de Laboratorio, y
- haber obtenido una calificación global G igual o superior a 5.
3. NORMAS COMPLEMENTARIAS.
Como complemento al proceso de evaluación y calificación descrito debe tenerse en cuenta que:
- Es obligatorio llevar el DNI a los exámenes.
- Las pruebas de evaluación y su corrección serán realizadas conjuntamente por el colectivo de profesores que
imparten la asignatura.
- Se dará a conocer con suficiente antelación la fecha y las horas de revisión de exámenes. Fuera de esas
horas no será posible, excepto por causas de fuerza mayor debidamente demostradas.
- Todo alumno que se presente a cualquiera de los exámenes de las convocatorias oficiales (no se incluye
entre éstos el del primer parcial que se celebra en enero/febrero) aparecerá indefectiblemente como
presentado en el acta.
--------------------------------------------------------------------------------
8/8