EMAG - Electromagnetismo

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ETSETB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona FIS - Departamento de Física TSC - Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones GRADO EN INGENIERÍA FÍSICA (Plan 2011). (Unidad docente Obligatoria) 6 Idiomas docencia: Inglés Profesorado Responsable: Otros: Macovez, Roberto Rius Casals, Juan-Manuel Capacidades previas Conocer y saber aplicar a nivel elemental las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo clásico en ausencia de medios materiales. Conocer los fenómenos ondulatorios básicos y su descripción matemática. Conocer las herramientas básicas del análisis de campos vectoriales y tener nociones básicas sobre los números complejos Requisitos Haber aprobado las asignaturas "Física 2" y "Càlcul 2" Haber cursado la asignatura "Mètodes Matemàtics 2" Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. Conocimiento de las leyes del electromagnetismo. Aptitud para resolver problemas de ingeniería: magnetismo, electricidad y tecnología eléctrica, ondas electromagnéticas y óptica ondulatoria. Genéricas: 3. CAPACIDAD PARA IDENTIFICAR, FORMULAR Y RESOLVER PROBLEMAS DE INGENIERÍA FÍSICA. Capacidad para plantear y resolver problemas de ingeniería física con iniciativa, tomada de decisiones y creatividad. Desarrollar métodos de análisis y solución de problemas de forma sistemática y creativa. Transversales: 4. TERCERA LENGUA: Conocer una tercera lengua, que será preferentemente inglés, con un nivel adecuado de forma oral y por escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán las tituladas y los titulados en cada enseñanza. 2. APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 2: Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. Metodologías docentes Clases expositivas Clases de problemas Descripción de algunas aplicaciones Objetivos de aprendizaje de la asignatura Al acabar la asignatura, el estudiante tiene que ser capaz de: 1 / 5

2 - identificar y aplicar el método más adecuado para la resolución de diferentes problemas de electrostática, con voltajes aplicados, cargas y dipolos eléctricos, en presencia de materiales conductores y dieléctricos - describir, del punto de vista macroscópico y microscópico, las propiedades de los materiales dieléctricos y magnéticos - calcular el efecto sobre cargas, dipolos, y medios materiales de campos eléctricos y magnéticos de diverso tipo: státicos homogéneos o no homogéneos, lentamente o rápidamente variables - describir la luz y los fenómenos ópticos a partir de las ecuaciones de Maxwell - utilizar la notación compleja para describir ondas, y los fenómenos de interferencia, difracción y esparcimiento, así como para la resolución de ecuaciones diferenciales - describir la propagación de la luz en medios materiales como dieléctricos, metales, plasmas, y en la separación entre medios, y la emisión de radiación electromagnética del punto de vista clásico Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 65h 43.33% Horas aprendizaje autónomo: 85h 56.67% 2 / 5

3 Contenidos 1a parte) Electrostática y magnetostática: materiales dieléctricos, magnéticos y sus aplicaciones Dedicación: 80h Grupo grande/teoría: 21h Grupo mediano/prácticas: 13h Actividades dirigidas: 2h Aprendizaje autónomo: 44h Descripción: INTRODUCCIÓN: carga eléctrica y dipolo magnético (spin) de los constituentes elementales, interacciones eléctricas y magnéticas en la materia (ecuaciones de Gauss y de Ampère) TEMA 1) Resumen y compendio de electrostática Circuitación del campo electrostático, potencial escalar, ecuaciones de Poisson y de Laplace Desarrollo multipolar del campo y potencial electrostáticos de una distribución de carga, campo del dipolo eléctrico, momento y energía de un dipolo eléctrico en un campo eléctrico cargas imagen con conductores TEMA 2) Materiales dieléctricos Polarización de la materia: dipolos permanentes e inducidos, densidad de dipolos y campo de polarización, carga ligada Electrete, campo eléctrico fuera y dentro de un dieléctrico polarizado Campo de desplazamiento eléctrico, constante dieléctrica, condensadores; apantallamiento electrostático Condensadores, energía electrostática, condiciones de frontera con dieléctricos, cálculo de fuerzas en condensadores TEMA 3) Materiales magnéticos y campo magnetostático Dipolos magnéticos e imanes, campo del dipolo magnético; momento y energía potencial de un dipolo magnético Paramagnetismo, ferromagnetismo y su origen microscópico Imantación de la materia y campo de imantación, analogía iman-electrete, densidad de polos magnéticos; campo de excitación magnética, susceptibilidad y permeabilidad magnéticas, condiciones de frontera TEMA 4) Resumen y compendio de corrientes y magnetismo densidad de corriente y lei de conservación de la carga; magnetostática: desarrollo multipolar, potencial vector Cargas en campos eléctricos y magnéticos constantes y variables; motor eléctrico Conductividad y clasificación de los materiales; superconductividad y diamagnetismo Circuitos magnèticos ecuaciones de Maxwell microscópicas y macroscópicas para la electrostática y magnetostática Actividades vinculadas: Trabajos entregados Examen Parcial Objetivos específicos: Al acabar la primera mitad de la asignatura, el alumno ha de ser capaz de: - identificar y aplicar el métode más adecuado para la resolución de diferentes problemas de electrostática con potenciales aplicados, cargas y dipolos eléctricos, en presencia de materiales conductores y dieléctricos - describir de los puntos de vista macroscópico y microscópico las propiedades de los materiales dieléctricos y magnéticos - calcular el impacto sobre cargas, dipolos, y medios materiales, de campos eléctricos y magnéticos diferentes: estáticos (homogeneos o no homogeneos) y lentamente variables 3 / 5

4 2a parte) Ondas electromagnéticas y fenómenos ópticos Dedicación: 70h Grupo grande/teoría: 18h Grupo mediano/prácticas: 11h Actividades dirigidas: 1h Aprendizaje autónomo: 40h Descripción: TEMA 5) Ecuaciones de Maxwell y campos electromagnéticos - Ley de Faraday; la inducción i sus aplicaciones (generadores, transformador, la red eléctrica) - Energía magnética y cálculo de fuerzas magnéticas en solenoides y en circuitos magnéticos - Ecuaciones de Maxwell y potenciales escalar y vector, ecuación de d'alembert para ondas electromagnéticas en el vacío y en medios dieléctricos ideales, velocidad de la luz - Polarización (lineal) de la luz, ondas planas y esféricas en notación compleja, teorema de Poynting e irradiancia TEMA 6) Propagación y generación de radiación electromagnética - Introducción a los fenómenos ópticos: interferencia y difracción; condiciones de frontera con campos oscilantes, reflexión y refracción - Ondas electromagnéticas en dieléctricos, metales, plasmas; índice de refracción complejo, función dieléctrica - Dispersión, velocidad de fase y de grupo - Ecuaciones de Maxwell con fuentes; radiación del dipolo eléctric puntual oscilante, inestabilidad del átomo clássico, difusión Rayleigh CONCLUSIÓN: electromagnetismo: vectores de información y fuentes de energía Actividades vinculadas: Trabajos entregados Objetivos específicos: Al acabar la segunda mitad de la asignatura los alumnos han de ser capaces de: - describir las ondas electromagnéticas y los fenómenos ópticos a partir de las ecuaciones de Maxwell - utilizar la notación compleja para la descripción de las ondas y su interferencia, y para la resolucióm de ecuaciones diferenciales - describir la propagación de la luz en medios materiales como dieléctricos, metales, plasmas y en la separación entre medios - describir la emisión de radiación electromagnética del punto de vista clásico Sistema de calificación La calificación constará de un examen final (EF) y de una evaluación durante el curso en la que se tendrá en cuenta la realización de un examen de mitad cuadrimestre (EP) (a mitad del tema 4, cerca del final de la primera parte), y de los trabajos entregados en lengua inglesa (TE). La nota final será dada por: máx{ef, 0.55*EF *EP *TE, 0.9*EF + 0.1*TE} 4 / 5

5 Bibliografía Básica: Pollack, Gerald L.; Stump, Daniel R. Electromagnetism. San Francisco: Addison Wesley, ISBN Reitz, J.R.; Milford, F.J.; and Christy, R.W. Foundations of electromagnetic theory. 4th revised ed. Addison Wesley, ISBN Hecht, E. Optics. 4th ed. San Francisco: Addison-Wesley, ISBN Complementaria: Kittel, Charles. Solid state physics. 8th. New York: John Wiley and Sons, ISBN X. Pedrotti, F.L.; Pedrotti L.S.; Pedrotti L.M. Introduction to optics. 3rd ed. San Francisco: Pearson ; Prentice-Hall, ISBN Chen, Francis F. Introduction to plasma physics and controlled fusion, vol. 1: Plasma Physics. 2nd ed, reimpr. New York: Plenum Press, ISBN Griffiths, David J. Introduction to electrodynamics. 3rd ed. Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall, ISBN X. Lorrain, Paul; Corson, Dale R. Campos y ondas electromagnéticas. 5a ed. Selecciones Científicas, ISBN Feynman R.P; Leighton, R.B.; Sands, M. The Feynman lectures on physics: vol.1 i vol.2. New millennium ed. New York: Basic Books, ISBN (V. 1) ; (V. 2). Grant, I.S.; Phillips, W.R. Electromagnetism [en línea]. 2nd ed. Chichester [England]: John Wiley and Sons, 2013 [Consulta: 21/01/2016]. Disponible a: < ISBN Otros recursos: 5 / 5