Teoría de Campos Electromagnéticos-UTP-2017 (3).ppt

Facultad de Ingeniería de Sistemas y Electrónica

TEORIA DE CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS

PERIODO 2017

PRESENTADO POR:

JOSE EDUARDO TORRES VEGA Coronel EP ( R ) Diplomado en Ciencia y Tecnología Ingeniero Electrónico CIP Maestro en Administración PADE-ESAN en Logística Diplomado en Seguridad y Salud Ocupacional Docente Universitario a nivel pre grado y post grado Consultoría y Asesoría Asesoría en el Diseño, Implantación y Control de Servicios de Telecomunicaciones y Telemática Estudios Teóricos Teóricos de Radiaciones No Ionizantes Consultoría en Temas de Seguridad Integral ESCUELA DE INGENIER INGENIERÍA ÍA DE REDES R EDES Y COMUNICACIONES

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JOSE EDUARDO TORRES VEGA Coronel EP ( R ) Diplomado en Ciencia y Tecnología Ingeniero Electrónico CIP Maestro en Administración PADE-ESAN en Logística Diplomado en Seguridad y Salud Ocupacional Docente Universitario a nivel pre grado y post grado Consultoría y Asesoría Asesoría en el Diseño, Implantación y Control de Servicios de Telecomunicaciones y Telemática Estudios Teóricos Teóricos de Radiaciones No Ionizantes Consultoría en Temas de Seguridad Integral ESCUELA DE INGENIER INGENIERÍA ÍA DE REDES R EDES Y COMUNICACIONES

Semana Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6 Semana 7

Semana 8

Semana 9 Semana 10 Semana 11

Semana 12 Semana Sem ana 13 Semana Sem ana 14 Semana 15 Semana 16

Contenidos o temas Herramientas de Matemáticas: Sistemas de coordenadas cartesianas, polares, esféricas y cilíndricas. Campos escalares y vectoriales. Vectores. Operaciones con Vectores. Fasores. Gradiente, Flujo y Divergencia. Circulación y Rotacional. Laplaciano Teoremas relativos a flujo y circulación: Ley de Coulomb. Leyes de Gauss. Ley de Faraday. Ley de Ampere. Ecuación de Helmholtz Ecua Ecuaci cion ones es dife difere renc ncia iale less de Maxw Maxwel ell: l: Form Formul ulac ació ión n con con inte integr gral ales es o difer diferen enci cial ales. es. Cond Condic icio ione ness de frontera Campos en régimen estacionario: Electrostática y Magnetostática. Potencial escalar y vectorial Medios y materiales. Blindaje o apantallamiento de campos; el problema de la interferencia electromagnética (EMI). Campos en régimen estacionario: Ley de Ampere- Maxwell, deducción de las leyes de Kirchoff, conceptos circuitales derivables de los campos. Conceptos electromecánicos derivables de los campos: Fuerza y energía en el campo electromagnético, densidad de energía del campo, fundamentos de motores, parlantes y otros dispositivos Campos en régimen dinámico: Naturaleza ondulatoria del campo dinámico. Solución de las ecuaciones de Maxwell en el caso general según las fuentes de campo, naturaleza ondulatoria del campo dinámico.

Actividades y Evaluaciones Recuperación de ideas previas. Dinámica de aplicación de Leyes y ecuaciones matemáticas. Prueba de entrada Resolución de problemas. Juego de roles en el reconocimiento de campos en régimen estacionario. Práctica Calificada 1: 16 puntos. Prueba entrada: 4 puntos Resolución de problemas Juego de roles en la diferenciación estacionaria y campos de aplicación. Debate de aplicaciones electromagnétic electromagnéticas as derivadas de los campos. Actividades colaborativas entre pares. Visita a Laboratorio fuera de horario de clases para elaborar una experiencia práctica. Pr áctica Calificada 2.

Conceptos de propagación y radiación: Transmisión, reflexión, refracción, difracción y absorción, Debate de aplicación de conceptos. teorema de poynting. Propagación de ondas planas y esféricas en espacio libre. Impacto radioeléctrico (ondas ionizantes y no Dinámica visual de interpretación de ondas. ionizantes). Estructuras para guiar la propagación de ondas planas. Modos de propagación TEM, TE y TM, líneas de Juego de roles para la diferenciación de modos de transmisión, cálculos en una línea de transmisión y la carta de Smith. propagación. Guía de onda metálica y dieléctrica. Frecuencia de corte y flujo de potencia; atenuación, teoría de Solución de problemas. Trabajo Autónomo: 4 circuitos de microondas, matriz de dispersión, parámetros, dispositivos de microondas, fibras ópticas. puntos. Práctica Calificada 3: 16 Puntos Cavidades resonantes. Modos resonantes y factor de calidad, aplicaciones, radiación electromagnética, Activi Actividad dades es col colabo aborat rativa ivass para la dif difere erenci nciaci ación ón de potenciales electromagnéticos retardados. cavidades resonantes. Ondas esféricas. La fuente isotrópica puntual como radiador teórico elemental y el dipolo cortó como Debate Deb ate sob sobre re ond ondas as esf esféri éricas cas y var varian iantes tes.. radiador práctico elemental. EXAMEN FINAL EXAMEN REZAGADO

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ECUACIONES DIFERENCIALES DE MAXWELL

SUMARIO 1. FORMULACIÓN CON INTEGRALES O DIFERENCIALES. 2. CONDICIONES DE FRONTERA

BIBLIOGRAFIA 1.   “Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería. Cheng David K. Ed. PEARSON México 2000 2. Elementos de Electromagnetismo Sadiku, Mattew N.O. 3. Fundamentos de Electromagnetismo 2005. Disponible en http://Maxwell.ugr.es/innov/visual 0405/cursocompleto/total3.pdf 

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FORMULACIÓN CON INTEGRALES O DIFERENCIALES

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Ecuaciones de Maxwell

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

Las Cantidades Magnéticas: o

o



Hay una fuente vectorial magnética magnéticos: B,  M  y  H .

J 

y tres campos vectoriales

Las fuentes de campos magnéticos, se representan con el   vector  densidad (superficial) de corriente eléctrica libre J  en cada punto del espacio. Su dirección es perpendicular al vector  campo magnético B y su sentido determina el sentido de rotación de B alrededor de la corriente en ese punto del espacio.

Parámetros: • • • • • • • •

Campo eléctrico existente en el espacio, creado por las cargas. Campo dieléctrico que resume los efectos eléctricos de la materia. Campo magnético existente en el espacio, creado por las corrientes. Campo magnético que resume los efectos magnéticos de la materia. Densidad de cargas existentes en el espacio. Densidad de corriente, mide el flujo de cargas por unidad de tiempo y superfície y es igual a . Permitividad eléctrica, característica de los materiales dieléctricos. Permeabilidad magnética, característica de los materiales paramagnéticos. ESCUELA DE INGENIERÍA DE REDES Y COMUNICACIONES

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ε

≡

 μ

≡

+ χ e μ0 (1 + χ m)

ε0

 χ e

Susceptibilidad eléctrica del material

 χ m

Susceptibilidad magnética del material

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I. Ley de Gauss del campo eléctrico

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Flujo eléctrico es la cantidad de   fluido eléctrico que atraviesa una superficie dada. Este fluido eléctrico no transporta materia, pero ayuda a analizar la cantidad de campo eléctrico que pasa por una superficie. Si el flujo > 0 las líneas de E salen de la superficie. En su interior la carga neta es positiva (“fuente” de las líneas) Si el flujo < 0 las líneas de E entran a la superficie. En su interior la carga neta es negativa   (“sumideros” de las líneas)

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II. Ley de Gauss del campo magnético

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La integral se extiende a una superficie cerrada cualquiera. El número neto de líneas que atraviesa esa superficie es nulo (flujo); en razón a que el número de líneas que entran al interior de dicha superficie es exactamente igual al número de líneas que salen Las líneas de B son continuas y cerradas: No existe un polo magnético aislado. Los campos magnéticos, a diferencia de los eléctricos, no comienzan y terminan en cargas diferentes. En este efecto, las líneas de los campos magnéticos deben ser cerradas. Sobre una superficie cerrada, sea cual sea ésta, no se puede encerrar una fuente o sumidero de campo, esto expresa la inexistencia del monopolo magnético. Al encerrar un dipolo en una superficie cerrada, no sale ni entra flujo magnético por lo tanto, el campo magnético no diverge, no sale de la superficie. Entonces la divergencia es cero ESCUELA DE INGENIERÍA DE REDES Y COMUNICACIONES

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III. Ley de Faraday

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IV. Ley de Ampere generalizada por Maxwell

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La Ley expresa la relación que existe entre un campo magnético inmóvil y una corriente eléctrica que no varía en el tiempo. Establece que la circulación en un campo magnético ( B ) a lo largo de una curva cerrada C es igual a la densidad de corriente ( J ) sobre la superficie encerrada en la curva C. En forma sencilla esta ecuación explica que si se tiene un conductor, un alambre recto que tiene una densidad de corriente J, se provoca la aparición de un campo magnético B rotacional alrededor del alambre y que el rotor de B apunta en el mismo sentido que J. ESCUELA DE INGENIERÍA DE REDES Y COMUNICACIONES

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Entonces … •

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La primera ley es una formula generalizada de la ley de Coulomb conocida como Ley de Gauss y relaciona el campo eléctrico con su fuente, la carga eléctrica. La segunda es una ley muy similar a la primera pero para el campo magnético con la diferencia que las líneas de campo magnético siempre son continuas, no comienzan ni terminan. La tercera ley es conocida como Ley de Faraday, nos dice que un campo magnético variable produce un campo eléctrico. La cuarta ley es la Ley de Ampere, una corriente eléctrica o un campo eléctrico variable producen un campo magnético ESCUELA DE INGENIERÍA DE REDES Y COMUNICACIONES

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CONDICIONES DE FRONTERA

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CAMPO ELÉCTRICO

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DESPLAZAMIENTO ELÉCTRICO

CAMPO MAGNETICO

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INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO

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Ejercicio:

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