Campos Electromagnéticos Ingeniero de Telecomunicación Programa del curso 2011/2012

Transcripción

1 Campos Electromagnéticos Ingeniero de Telecomunicación Programa del curso 2011/2012 Titulación: Ingeniero de Telecomunicación Asignatura: Campos Electromagnéticos Curso: Segundo Duración: Anual Departamento: Física Aplicada III Profesorado Gabriel Cano Gómez (TU) Emilio Gómez González (TU) Antonio González Fernández (TU) - Coordinador de la asignatura Programa I. Electromagnetismo 1. Fundamentos matemáticos. Introducción Sistemas de coordenadas cartesianas, cilíndricas y esféricas Campos escalares y vectoriales Operadores diferenciales Ángulo sólido Teoremas integrales Teoremas de unicidad 2. Electrostática en el vacío. Concepto de carga eléctrica Ley de Coulomb Principio de superposición de campos Densidad de carga Campo eléctrico de cargas en reposo Líneas de campo Ley de Gauss Ausencia de fuentes vectoriales del campo electrostático Potencial eléctrico Energía de una carga en un campo externo Energía de una distribución de cargas Energía en función del campo eléctrico Dipolo eléctrico y desarrollo multipolar eléctrico de una distribución de carga 3. Campo eléctrico en presencia de conductores. Equilibrio electrostático Propiedades de los conductores en equilibrio Problema del potencial Coeficientes de capacidad Condensadores y circuitos equivalentes Energía de un sistema de conductores 4. Comportamiento dieléctrico de la materia. Introducción Polarización El vector desplazamiento D Ecuaciones de la electrostática en

2 dieléctricos Dieléctricos lineales y permitividad Energía eléctrica en presencia de dieléctricos 5. Corriente eléctrica. Introducción Densidades de corriente e intensidad de corriente Ley de conservación de la carga Ecuaciones del campo y de la corriente Conductividad. Ley de Ohm Conductores filiformes Coeficientes de conductancia y circuitos equivalentes Consumo de energía eléctrica Fuerza electromotriz. Generadores Leyes de Kirchhoff Corrientes no estacionarias Corrientes de polarización 6. Campo magnético de corrientes estacionarias. Fuerza sobre una carga en movimiento Campo magnético B Fuerza sobre un circuito Ley de Biot y Savart Fuentes del campo magnético. Ley de Ampère Ecuaciones de la magnetostática - El potencial vector magnético Desarrollo multipolar magnético. Dipolo magnético 7. Materiales magnéticos. Introducción Magnetización Corrientes de magnetización Ecuaciones de la magnetostática en medios materiales. Campo magnético H Materiales magnéticos: diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos y superconductores 8. Inducción electromagnética. Introducción Ley de inducción de Faraday Coeficientes de inducción mutua y autoinducción. Circuitos equivalentes Aplicaciones de la ley de Faraday: generadores, motores y transformadores Energía magnética 9. Ecuaciones de Maxwell. Introducción Ecuaciones de Maxwell La fuerza de Lorentz Energía en un campo electromagnético. Teorema de Poynting II. Óptica 0. Introducción a la Óptica. La Óptica y el Electromagnetismo. La Óptica y la Ingeniería. La Óptica y sus aplicaciones. Referencias históricas. El rango óptico del espectro (ultravioleta, visible e infrarrojo) y sus propiedades. Índice de refracción. Principio de Fermat. 1. Óptica geométrica. Refracción y reflexión. Sistemas Ópticos. Aproximación paraxial. Dioptrio esférico. Lentes. Aberraciones. Diafragmas y pupilas. El ojo humano. Espejos. Dispersión y prismas. Formulación matricial. La cámara fotográfica. Instrumentos ópticos: telescopios, microscopios y otros. Fibras ópticas 2. Óptica ondulatoria y electromagnética. Perturbación ondulatoria. Velocidad de fase y velocidad de grupo. Solución ondulatoria de las ecuaciones de Maxwell. Ondas tridimensionales. Principio de Huygens. Rayo y frente de onda. Energía, potencia e irradiancia. Cantidad de movimiento y presión de radiación. Polarización. Coeficientes de reflexión y transmisión. Interferencia. Recubrimientos antirreflectantes. Difracción. Límite de resolución. Red de difracción. Óptica de Fourier.

3 3. Fuentes de luz y emisión láser. Consideraciones cuánticas. Emisión espontánea y estimulada. Emisión láser. Cavidad resonante y modos de funcionamiento. Coherencia espacial y temporal. Comparación con fuentes de luz convencionales. Tipos de láser: rubí, gas, semiconductor. Almacenamiento óptico de información. Otros tipos y aplicaciones. Holografía. Riesgos en el uso de fuentes de luz láser. Clasificación y medidas de seguridad. Exposición Máxima Permisible y Zona de Riesgo Nominal. 4. Radiometría y fotometría. Emisión de radiación. Temperatura. Cuerpo negro. Transferencia de energía. Ángulo sólido. Radiancia e irradiancia. Magnitudes radiométricas. Fuentes puntuales y extensas. Emisores lambertianos. Ecuación de la cámara. Exposición. Sensores ópticos. Fotometría. Respuestas fotópica y escotópica. Magnitudes fotométricas. Fuentes de calibración. Iluminantes patrón CIE. Fuentes reales. Temperatura de color. Balance de blancos. Cálculo del valor de exposición. 5. Fundamentos y aplicaciones de tecnologías ópticas de imagen. Captación analógica: video y televisión. Captación digital. La cámara CCD. Parámetros básicos. Distorsiones ópticas. Lentes telecéntricas. Tipos de cámara (single-chip monocromo/color, filter-wheel CCD, 3- chip color CCD). Factores que afectan a la calidad de la imagen. Otras tecnologías: CMOS y EMCCD. Cristal líquido. Pantallas (LCD, TFT y plasma). Videoproyección (LCD, DLP y LCOS).

4 Criterios de evaluación La evaluación del alumnado se basará en exámenes tal como se detalla en los epígrafes siguientes. Exámenes Los exámenes consistirán en la realización de una prueba escrita y, en su caso (véase más abajo) de una práctica de laboratorio previamente a la prueba escrita-. Las condiciones generales que rigen las pruebas escritas son: 1. El contenido recoge la división del programa en Electromagnetismo y Óptica. 2. La puntuación de la prueba se realizará sobre 10 puntos. Será suma de la puntuación obtenida en cada parte. 3. La parte teórica consistirá en la realización de una batería de tests de elección múltiple, y en el desarrollo de cuestiones teóricas En los tests se puntuarán positivamente las respuestas correctas y se penalizarán las respuestas incorrectas. En caso de que resulte una puntuación total negativa, se valorará como 0. Las cuestiones teóricas consistirán en la respuesta razonada a cuestiones sobre aspectos teóricos de la asignatura. 4. La parte de problemas consiste en la resolución de problemas de aplicación de los conceptos básicos de la asignatura. 5. La prueba escrita se considerará superada si la puntuación obtenida es igual o superior a 5.0, y no superada en caso contrario. Exámenes ordinarios. Existen tres convocatorias por curso. -3ª convocatoria: a celebrar en los meses de noviembre o diciembre. -1ª convocatoria: a celebrar en junio. -2ª convocatoria: a celebrar en septiembre. En cada caso, la convocatoria consta de un único examen. El alumno ha de presentarse a la asignatura completa, no pudiendo hacerlo sólo a parte de ésta. Si, habiendo superado las prácticas, la nota obtenida en la prueba escrita, es superior a 4.0, la calificación final será N N C Siendo C pr el complemento debido a prácticas (ver más abajo). ef pr

5 En caso de no llegar a 4.0 y tener las prácticas superadas, la calificación será la obtenida en la prueba escrita, N ef. En caso de no tener superada la parte de prácticas (ver más abajo), la calificación será 0.0. Si no se ha realizado el examen la calificación será No presentado. Prácticas de Laboratorio Alumnos que las hayan superado previamente a la extinción A aquellos alumnos que hayan asistido, realizado y superado las Prácticas de Laboratorio, previamente a la extinción de la docencia de la asignatura, les corresponde un complemento de prácticas C pr = N pr /5 1 siendo N pr la calificación obtenida en Prácticas de Laboratorio el último año que las realizaron. Alumnos que no las hayan realizado y superado previamente a la extinción Aquellos alumnos que no hayan realizado y superado las Prácticas de Laboratorio previamente a la extinción de la docencia, deberán realizar un ejercicio práctico de laboratorio antes de la prueba escrita de la asignatura, según un calendario que se fijará de común acuerdo entre profesores y alumnos afectados (que deberán manifestar su intención de efectuar este examen práctico). El examen práctico consistirá en la realización de una práctica completa en el propio laboratorio. Es condición necesaria para poder aprobar la asignatura la superación de este examen práctico. El complemento de prácticas, en caso de superación, es C pr = 0. Una vez superado el examen de prácticas, se considerará superado para todas las futuras convocatorias de la asignatura. Bibliografía Recursos electrónicos Página web de la asignatura: Wiki del departamento de Física Aplicada III: Textos de electromagnetismo Rodríguez M, González A. y Bellver C. Campos Electromagnéticos (2ª ed.) Universidad de Sevilla (1999) González A. Problemas de Campos Electromagnéticos. McGraw-Hill (2005)

6 Ida N. Engineering Electromagnetics. Springer (2000) Zahn M. Teoría electromagnética. McGraw- Hill (1991). Cheng D.K. Fundamentos de electromagnetismo para Ingeniería Pearson-Addison Wesley (1997) Griffiths D.J. Introduction to electrodynamics (2ª ed.) Prentice Hall (1989) Kraus J.D. Electromagnetismo (3ª ed.). Mc Graw Hill (1986). Reitz J.R., Milford F.J. y Christy R.W. Fundamentos de la teoría electromagnética (4ª ed.). Addison Wesley Iberoamericana (1996). Textos de óptica Gómez González E.: Fundamentos de Óptica: Apuntes y transparencias de clase. Univ. Sevilla Gómez González E.: Guía básica de conceptos de Óptica Geométrica, Univ. Sevilla Gómez González E.: Guía básica de conceptos de Radiometría y Fotometría, Univ. Sevilla Beléndez Vázquez A.: Fundamentos de óptica para Ingeniería Informática, Univ.Alicante Hecht E.: Óptica, Addison Wesley Iberoamericana Hecht E.: Óptica. Teoría y problemas resueltos. Serie Schaum, McGraw-Hill. Mejías Arias P., Martínez Herrero R: 100 problemas de óptica. Alianza Editorial Serway R.A., Jewett J.W.: Física (Vol. II), Thomson-Paraninfo 2003.