UNIDAD CURRICULAR: TEORÍA DE ONDAS VII Prof. Juan Hernández Octubre Eje de Formación Prelación HAD HTIE

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Juan Francisco Godoy Medina
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PROGRAMA ANALÌTICO FACULTAD: INGENIERÌA ESCUELA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA UNIDAD CURRICULAR: TEORÍA DE ONDAS Código de la Escuela Código Período Elaborado por Fecha Elaboración Plan de Estudios 25

1 PROGRAMA ANALÌTICO FACULTAD: INGENIERÌA ESCUELA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA UNIDAD CURRICULAR: TEORÍA DE ONDAS Código de la Escuela Código Período Elaborado por Fecha Elaboración Plan de Estudios VII Prof. Juan Hernández Octubre Eje de Formación Prelación HAD HTIE Práctica y Profesional Teoría Electromagnética Unidades de Crédito HAD: Horas de Acompañamiento Docente Semanales HTIE: Horas de Trabajo Independiente del Estudiante Semanales FUNDAMENTACIÓN Esta unidad curricular requiere un fundamento científico, tanto para ser aplicado en asignaturas posteriores como para comprender mejor los conceptos de las ondas electromagnéticas en líneas de transmisión. El tema central de teoría de ondas es la aplicación adecuada de las herramientas a nivel de ingeniería en el cálculo de impedancias, admitancias, relación de onda estacionaria, coeficientes de transmisión, acoplamientos de un cuarto de longitud de onda y acoplamientos de uno y dos stubs en líneas de transmisión. Principalmente las competencias genéricas que el estudiante debe adquirir son las siguientes: Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Capacidad para concebir, diseñar y desarrollar proyectos de Ingeniería Capacidad para combinar los conocimientos básicos y los especializados de Ingeniería para generar propuestas innovadoras y competitivas en la actividad profesional. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas Capacidad de análisis y síntesis COMPETENCIAS DEL PERFIL PROFESIONAL VINCULADAS CON LA UNIDAD CURRICULAR Teoría de Ondas es una de las materias que le permiten al alumno adquirir un mayor grado de abstracción y resolución de problemas prácticos que en el campo laboral se aplica a nivel de enlaces de audio, video y data binaria mediante líneas de transmisión. Entre las principales competencias específicas de la carrera que contribuye a desarrollar, son las siguientes:

2 Aplica conocimientos de los fundamentos de la electrónica Aplica el enfoque sistémico en el análisis y resolución de problemas Aplica conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería Aplica metodologías de investigación en la búsqueda, fundamentación y elaboración de soluciones en ingeniería electrónica COMPETENCIAS DE LA UNIDAD CURRICULAR Calcula los parámetros de velocidad de propagación de la onda e impedancia del medio, a partir de las ecuaciones de Maxwell y líneas de transmisión a través de vectores Resuelve problemas de acople de impedancia en líneas de transmisión Determina SWR, coeficiente de transmisión, impedancia de entrada y de salida en una línea de transmisión, a través de la carta de Smith MÓDULO I. TEORÍA DE ONDAS Y FASORES MÓDULOS Movimiento ondulatorio. Ecuación de Onda. Función de onda. Ondas armónicas. Velocidad de una onda. Energía de una onda. Onda sinusoidal en un medio sin pérdidas. Onda sinusoidal en un medio con pérdidas. El espectro electromagnético. Fasores y unidades de medición electromagnéticas. Análisis Vectorial. Leyes básicas del álgebra vectorial. Vectores de posición y distancia. Multiplicación vectorial. Productos triples escalares y vectoriales. Sistemas de coordenadas ortogonales. Coordenadas cartesianas. Coordenadas cilíndricas. Coordenadas esféricas. Transformaciones entre sistemas de coordenadas. Gradiente de un campo escalar. Propiedades del operador gradiente. Divergencia de un campo vectorial. Teorema de Gauss. Rotacional de un campo vectorial. Teorema de Stokes. Identidades vectoriales. Operador Laplaciano. Halla la velocidad de las ondas a partir de la función de onda. Determina la energía de la onda en líneas de transmisión Calcula gradiente, divergencia y rotacional de los campos eléctricos y magnéticos en líneas de transmisión, calcular el campo y eléctrico y magnético en elementos simétricos a través de las leyes de Gauss. MÓDULO II. ANALISIS VECTORIAL Leyes básicas del álgebra vectorial. Vectores de posición y distancia. Multiplicación vectorial. Productos triples escalares y vectoriales. Sistemas de coordenadas ortogonales. Coordenadas

3 cartesianas. Coordenadas cilíndricas. Coordenadas esféricas. Transformaciones entre sistemas de coordenadas. Gradiente de un campo escalar. Propiedades del operador gradiente. Divergencia de un campo vectorial. Teorema de Gauss. Rotacional de un campo vectorial. Teorema de Stokes. Identidades vectoriales. Operador Laplaciano. Calcula gradiente, divergencia y rotacional de los campos eléctricos y magnéticos en líneas de transmisión. Calcula el campo y eléctrico y magnético en elementos simétricos a través de las leyes de Gauss. MÓDULO III. ELECTROMAGNETISMO Y LEYES DE MAXWELL Ecuaciones de Maxwell. Distribuciones de carga y corriente. Densidades decarga. Densidad de corriente. Ley de Coulomb. Campo eléctrico producido por múltiples cargas puntuales. Campo eléctrico producido por una distribución de carga. Ley de Gauss. Potencial escalar eléctrico. Potencial eléctrico en función del campo eléctrico. Potencial eléctrico producido por cargas puntuales. Potencial eléctrico producido por distribuciones continúas. Campo eléctrico en función del potencial eléctrico. Ecuación de Poisson. Propiedades eléctricas de los materiales conductores. Resistencia. Ley de Joule. Dieléctricos. Condiciones eléctricas de frontera. Frontera entre dieléctrico y conductor. Frontera entre un conductor y otro. Capacidad. Energía Potencial. Calcula las variaciones de campo eléctrico y magnético utilizando la ley de Ampere Maxwell Calcula la Capacitancia e Inductancia en elementos almacenadores de carga MÓDULO IV. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Consideraciones generales. La función de la longitud de onda. Modos de propagación. Modelo de elemento concentrado. Ecuaciones de línea de transmisión. Propagación de ondas en una línea de transmisión. Línea de transmisión con pérdidas. Línea de transmisión cargada. Coeficiente de reflexión. Ondas estacionarias. Impedancia de entrada de la línea sin pérdidas. Casos especiales de la línea sin pérdidas. Líneas de longitud media longitud de onda. Transformador cuarto de onda. Flujo de potencia en una línea de transmisión sin pérdidas. Potencia instantánea. Potencia promedio con respecto al tiempo. Ejemplos de Líneas de Transmisión: Líneas con 2 Conductores y Dieléctrico Homogéneo. Línea de Placas Paralelas. Línea Bifilar. Cable Coaxial. Línea Triplaca o Stripline. con 2 Conductores y Dieléctrico No Homogéneo. Línea Microstrip o Microtira. Línea Slotline. Línea Coplanar. Aplica en situaciones, ecuación de onda Resuelve problemas de Líneas de Transmisión Investiga tópicos de la Carta de Smith Simula problemas específicos de campos en Líneas de Transmisión

4 ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Las estrategias didácticas buscan que el estudiante, además de ampliar los conocimientos que ya posee propicie el desarrollo de la creatividad, el pensamiento lógico y crítico. A través de los proyectos basados en líneas de transmisión se logra el aprendizaje de la caracterización de las mismas, así como también se vincula la importancia de la socialización y el trabajo en equipo. Los talleres y trabajos de investigación permiten diagnosticar las habilidades y destrezas matemáticas en la aplicación de herramientas como la carta de Smith, al igual que los conocimientos relacionados con leyes de Maxwell, comportamiento de los campos electromagnéticos, entre otros. Mediante la simulación se logra estimular al estudiante en el uso de software y tecnología de punta para verificar los fundamentos y postulados estudiados en forma teórica. Se recomiendan, las siguientes estrategias: Proyectos de desarrollo en líneas de Transmisión Talleres de aplicación de ecuación de onda Aprendizaje basado en resolución de problemas de Líneas de Transmisión Investigación de tópicos de Carta de Smith y problemas específicos Simulación de campos en Líneas de Transmisión ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN La evaluación es continua y se aplican pruebas diagnósticas y formativas que permiten evaluar los conocimientos que tiene el estudiante en relación a los tópicos tratados en clase así como también observar el logro de las competencias. Se recomiendan las siguientes estrategias de evaluación: Prueba oral Prueba escrita Trabajo escrito Resolución de Guías Prácticas Exposición REFERENCIAS Bauer (2011) Física para Ingeniería y Ciencias Volumen 2. McGraw Hill Educación Catalá, J. (2009), Electrostática, Ed. Quiasmo, 1ª Edición. Inan & Inan (2000) Electromagnetic waves. Pearson

5 Matthew N. y Sadiku, O. (2003) Elementos de electromagnetismo. Edición 3ª. Editorial Oxford University Press. Wayne, T. (2003) Sistemas de comunicaciones electrónicas. Cuarta Edición, Pearson William, H. (2006) Teoría Electromagnética - 7ma Edicion, McGraw Hill

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LEY DE COULOMB E INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO INDICE Prefacio XIV Visita Guiada 1 Análisis Vectorial 1 2 Ley Coulomb e Intensidad de Campo Eléctrico 26 3 Densidad de Flujo Eléctrico, Ley de Gauss y Divergencia 51 4 Energía y Potencial 80 5 Corriente