Asignaturas antecedentes y subsecuentes Ninguna

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1 PROGRAMA DE ESTUDIOS ELECTRODINÁMICA Área a la que pertenece: Área Sustantiva Profesional Horas teóricas: 5 Horas prácticas: 0 Créditos: 10 Clave: F0108 Asignaturas antecedentes y subsecuentes Ninguna PRESENTACIÓN El curso de Electrodinámica es una continuación del curso de Electromagnetismo, debido a que se establece el conjunto completo de las ecuaciones de Maxwell, y se aplican éstas a la deducción de la ecuación de onda y al estudio de la dinámica de las cargas. Ambos temas de estudio son fundamentales en la formación de todo físico, puesto que es el primer contacto del estudiante con el fenómeno de la interacción de la radiación con la materia y la óptica física, respectivamente. También es una oportunidad para tener una visión más cercana de una teoría que describe, en una forma muy completa, el campo mejor conocido de la naturaleza. Una meta definida en este curso es mostrar los principios fundamentales en los cuales se basa el funcionamiento de antenas, cavidades resonantes, máquinas de rayos X y aceleradores de partículas. En el aspecto matemático, este curso representa una aplicación de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, transformadas integrales, integración en el plano complejo y funciones especiales OBJETIVO GENERAL Al finalizar el curso el estudiante tendrá las nociones básicas de la electrodinámica clásica y la óptica física. Conocerá los elementos básicos de la radiación de cargas aceleradas y la teoría de antenas, también ejercitará sus conocimientos de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, transformadas integrales y funciones especiales F0108_Electrodinámica 1/5

2 CONTENIDO 1 ECUACIONES DE MAXWELL Objetivo Presentar en forma unificada la descripción del campo particular electromagnético a través de las ecuaciones de Maxwell. En particular se toca el tema de la ley de Faraday, y el concepto de inductancia. Además se muestra que a partir de la conservación de la carga eléctrica, es posible mostrar que la ecuación de Ampére debe ser modificada para tomar en consideración los campos eléctricos que varían con el tiempo. Finalmente se deduce la forma de la ecuación de las ondas electromagnéticas. 1.1 Ecuación de Faraday 1.2 Inductancia en solenoides 1.3 Ecuación de Ampére-Maxwell. Vector de desplazamiento eléctrico. 1.4 Ecuación de las ondas electromagnéticas. 1.5 Forma explícitamente covariante de las ecuaciones de Maxwell. Definición del tensor de campo electromagnético Comprender la noción de FEM inducida. Deducir la ecuación de las ondas electromagnéticas a partir de las ecuaciones de Maxwell. 2 ONDAS ELECTROMAGNETICAS Objetivo Presentar e interpretar las soluciones de la ecuación de onda del particular campo electromagnético, mostrar el comportamiento de las ondas electromagnéticas en su transmisión en diferentes medios y analizar las leyes de conservación de la cantidad de movimiento, energía y cantidad de movimiento angular en el contexto de la teoría del campo electromagnético 2.1 Planteamiento y solución de la ecuación de onda. 2.2 Ondas electromagnéticas planas en Entender las propiedades de las ondas electromagnéticas a partir de las soluciones obtenidas de las ecuaciones F0108_Electrodinámica 2/5

3 medios no conductores. 2.3 Polarización. 2.4 Ley de la conservación de la energía para el campo electromagnético. 2.5 Vector de Poynting. 2.6 Momento lineal y angular para el campo electromagnético. 2.7 Ondas planas en medios conductores. de Maxwell. Interpretar las leyes de conservación de la energía, momento lineal y momento angular en el contexto de la teoría del campo electromagnético 3 LOS POTENCIALES DE LIENARD-WIECHERT Y LA RADIACION ELECTROMAGNETICA Objetivo Presentar el mecanismo físico por el cual una partícula cargada es particular capaz de emitir radiación electromagnética. Introducir la idea de potenciales avanzados y retardados, los cuales se conocen como de Liénard-Wiechert, como fundamento teórico para el estudio de la radiación emitida por una partícula cargada acelerada. 3.1 Potenciales retardados. 3.2 Los potenciales de Liénard-Wiechert. 3.3 El campo producido por una carga en movimiento. 3.4 El campo producido por una carga que se mueve uniformemente. 3.5 Radiación de cargas aceleradas, en el régimen de velocidades no relativistas. 3.6 Radiación de cargas cuya velocidad es colineal con su aceleración. 3.7 Radiación de una partícula confinada a moverse en una trayectoria circular. Fundamentar la forma de cómo se producen las ondas electromagnéticas debido a la aceleración de partículas cargadas. Comprender el sentido físico de los potenciales retardados y avanzados Objetivo particular 4 SISTEMAS RADIANTES Presentar la teoría de antenas, en particular se toca el tema de la radiación debida a un dipolo oscilante, lo cual permite explicar el funcionamiento de una antena de dipolo. Mostrar el funcionamiento de las antenas lineales, así como de la radiación producida por F0108_Electrodinámica 3/5

4 distribuciones oscilantes de cargas cuyo momento eléctrico más pequeño es el cuadrupolar. 4.1 Los vectores de Herz. 4.2 Campo en las cercanías de un dipolo eléctrico oscilante. 4.3 La antena de dipolo. 4.4 Radiación cuadrupolar eléctrica. 4.5 Arreglos simples de antenas. Comprender la emisión de radiación electromagnética de arreglos simples de cargas oscilantes, en particular el dipolo y el cuadrupolo eléctric Sugerencias didácticas En la unidad 1 se sugiere que el profesor: mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos, escritura de ensayos, exposición de temas por los alumnos, mediante acetatos y cañón de proyección En la unidad 2 se sugiere que el profesor: mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos especializados En la unidad 3 se sugiere que el profesor: mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos, escritura de ensayos, exposición de temas por los alumnos, mediante acetatos y cañón de proyección En la unidad 4 se sugiere que el profesor: mediante un taller de solución de problemas F0108_Electrodinámica 4/5

5 Estrategias de evaluación del aprendizaje Se sugiere se tomen en cuenta los siguientes puntos para evaluar el logro del objetivo de esta asignatura. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de estos. - Asistencia - Participación en clases - Exposiciones de temas - Tareas - Exámenes Bibliografía Básica. 1. Melia, F. Electrodynamics. Chicago Jackson, J. D. Classical electrodynamics. Wiley Reitz, J. R., Milford, F. J., Christy, R. W. Fundamentos de la teoría electromagnética. Addison-Wesley Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. Electricity and Magnetism. Cambridge Purcell, E. M. Electricidad y magnetismo. Reverté Shadowitz, A. The electromagnetic field. Dover Rumiántsev, V. Toptiguin, I. Electrodinámica clásica. Mir Becker, R. Electromagnetic fields and interactions. Dover Barut, A. O. Electrodynamics and classical theory of fields and particles. Dover Alexéiev, A. I. Problemas de Electrodinámica Clásica. Mir Eyges, L. The classical electromagnetica field. Dover 1972 Complementaria. 1. Landau, L. D. y Lifshitz, E. M. The Classical Theory of Fields. Course of Theoretical Physics, Volume 2. Pergamon Press Lorrain, P., Corson, D. y Lorrain, F. Campos e Ondas Electromagnéticas. Fundacao Calouste Gulbenkian F0108_Electrodinámica 5/5