INDICE Capitulo 1. Leyes generales del campo electromagnético Capitulo 2. Divisiones de Electromagnetismo

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Salvador Soriano Díaz
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1 INDICE Acerca del autor XIII Prólogo XV Al estudiante XIX Agradecimientos XXI Capitulo 1. Leyes generales del campo electromagnético Introducción Definición de magnitudes fundamentales Densidad de carga pv Campo eléctrico E Densidad de corriente J Desplazamiento eléctrico D, polarización P, permitividad Inducción de corriente B Campo magnético H, imanación M, permeabilidad u Ley de conservación de la carga. Ecuación de continuidad El campo electromagnético. Fuerza de Lorente. Ecuaciones de 19 Maxwell 1.5. Caracterización de los medios Interpretación física de las ecuaciones de Maxwell Ecuación div D = pv Ley de Gauss Ecuación div B=0. carácter solenoidal del campo magnético Ecuación rot H=J+. Ley de Ampere Maxwell Ecuación rot E=. Ley de Faraday Condiciones de contorno Componentes normales Componentes tangenciales Condiciones de contorno para materiales dieléctricos y magnéticos Condiciones de contorno en buenos conductores 63 Problemas 64 Biografía 73 Bibliografía 76 Capitulo 2. Divisiones de Electromagnetismo Introducción Electrostática Campo magnético, inducción y potencial vector Capacidad y condensadores Resistencia eléctrica Electromagnética. Generadores de fuerza electromotriz Magnetostática Campo magnético, inducción y potencial vector Inductancia: coeficiente de autoinducción e inducción mutua Campos electromagnéticos variables Corriente de desplazamiento y campo magnético Ley de Faraday. Voltaje y diferencia de potencial F.e.m.s. de autoinducción e inducción mutua. Convenio de punto Ondas electromagnéticas Potenciales retardados. Campos cuasiestacionarios Balance energético en el campo electromagnético 173

2 Potencia disipada en un elemento ohmico. Ley de Joule Energía almacenada en campo magnético Teoría de Poynting Apéndice: Relatividad y ecuaciones Sistemas de referencia. Transformación galileana Transformación de Lorentz La naturaleza relativa de los campos eléctricos y magnéticos 194 Problemas 197 Biografía 206 Bibliografía 211 Capitulo 3. Introducción a la teoría de los circuitos eléctricos Introducción Variables que intervienen en el estudio de los circuitos eléctricos. 215 Convenio de signos Corriente eléctrica Tensión. Diferencia de potencial Potencia eléctrica Elementos activos ideales. Fuentes o generadores Tipos de excitación y formas de onda Clasificación de ondas Ondas periódicas. Valores asociados Elementos Resistencia Bobina. Inductancia Condensador Impedancia y admitancia operacional Topología de redes: conceptos fundamentales Definiciones Propiedades Lemas de Kirchhoff Primer Lema de Kirchhoff Segundo Lema de Kirchhoff Elección de las ecuaciones independientes para la aplicación de 245 los Lemas de Kirchhoff 3.9. Elementos activos reales Asociación y transformación de fuentes Asociación de elementos pasivos Conexión serie Conexión en paralelo Equivalencia estrella triángulo. Teorema de Kennelly Análisis de circuitos por el método de las mallas Método de las mallas: formulación general Método de las mallas con generadores de corriente Análisis de circuitos por el método de los nudos Formulación general Método de los nudos con generadores de tensión Principio de superposición Teoremas de Thévenin y Norton Otros teoremas de circuitos 307

3 Teorema de sustitución Teorema de reciprocidad Teorema de Lillman Teorema de Tellegen Cuadripolos 314 Problemas 320 Biografías 331 Bibliografía 337 Capitulo 4. Circuitos de corriente alterna sinusoidal Introducción Onda sinusoidal: generación y valores asociados Representación compleja de una magnitud sinusoidal Derivada e integral de una magnitud sinusoidal El dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia Respuesta sinusoidal de los elementos pasivos Impedancia y admitancia compleja Análisis de circuitos en régimen permanente sinusoidal Generalidades Asociación de elementos pasivos Método de las corrientes de malla Método de las tensiones de nudo Principio de superposición Teoremas de Thévenin y Norton Potencia en un circuito eléctrico en régimen de corriente alterna 387 sinusoidal Potencia compleja Factor potencia: su importancia práctica Corrección del factor de potencia Medida de la potencia en C. A Transferencia máxima de potencia Resonancia en C. A y filtros Apéndice: circuitos eléctricos con señales no sinusoidales 433 Problemas 437 Biografías 457 Bibliografía 461 Capitulo 5. Circuitos trifásicos Introducción Generación de tensiones trifásicas Conexión en estrellas equilibrada Conexión en triangulo equilibrado Cargas desequilibradas Cargas desequilibradas conectadas en estrella Cargas desequilibradas conectadas en triangulo Potencia en sistemas trifásicos Generalidades Potencias en sistemas trifásicas equilibradas Corrección del factor de potencia en trifásica Medida de la potencia en sistemas trifásicos 517

4 Generalidades Medida de la potencia en circuitos equilibrados Transporte de energía eléctrica: ventaja de los sistemas trifásicos 529 frente a los monofásicos Componentes simétricas Generalidades El operador trifásico <<a>> Componentes simétricas de favores desequilibrados Impedancias debidas a las corrientes de diferente secuencia Redes de secuencia Cálculo de faltas en sistemas de potencia 543 Problemas 543 Biografía 571 Bibliografía 574 Capitulo 6. Régimen transitorio de los circuitos eléctricos Introducción a respuesta completa de una lineal Condiciones iniciales de los elementos Resistencia Inductancia Capacidad Análisis clásico de transitorios en sistemas de primer orden Respuesta transitoria de un circuito R L Respuesta transitoria de un circuito R - C Solución sistemática de redes de primer orden Análisis clásico de transitorios en sistemas de segundo orden Respuesta transitorio de un circuito R-L-C Transformada de Laplace aplicaciones de la transformada de Laplace en el estudio de 627 transitorios de circuitos eléctricos Respuestas de los elementos pasivos simple en el plano s Análisis de circuitos eléctricos por variables de estado El concepto de estado Planteamiento sistemático de las ecuaciones de estado Solución de las ecuaciones de estado por la transformada de 649 Laplace Problemas 655 Biografías 666 Bibliografías 672 Apéndice 1. Electromagnetismo y circuitos eléctricos. Revisión 675 histórica 1. Electromagnetismo Los inicios de la electricidad y el magnetismo La pila eléctrica. Experimentos de electrólisis El electromagnetismo La Ley de Ohm La Ley de inducción de Faraday Contribuciones matemáticas al magnetismo La teoría de los campos electromagnéticos de Maxwell 683

5 1.8. Hertz y el descubrimiento de las ondas electromagnéticas La telegrafía sin hilos y el inicio de la radio El progreso de la electrónica y las comunicaciones Circuitos electrónicos 2.1. Ley de Ohm y Lemas de Kirchhoff Algunos teoremas de los circuitos electrónicos Circuitos de corriente alterna. El cálculo simbólico La potencia en corriente alterna Los sistemas polifásicos y el método de las componentes simétricas El cálculo operacional de Heaviside Los filtros electrónicos. La síntesis de los circuitos electrónicos La realimentación y otras contribuciones en circuitos Las innovaciones electrónicas y los circuitos activos De la teoría de circuitos a la Teoría de sistemas El estudios de circuitos eléctricos con ayuda de ordenador 702 Bibliografía 704 Apéndice 2. Sistema Internacional de Unidades Introducción Unidades básicas Unidades suplementarias Prefijos decimales Tablas de unidades Apéndice 3. Repaso de Análisis vectorial Introducción Operaciones con vectores Sistemas de coordenadas ortogonales Funciones integrales Integrales curvilíneas Circulación Integral de superficie Flujo Integral triple Funciones diferenciales Gradiente de un campo escalar Divergencia de un campo vectorial Rotacional de un campo vectorial El operador laplaciano Teoremas integrales Teorema de Ostrogradsky Gauss o Teorema de la Divergencia Teorema de Stokes Identidades Vectoriales Operaciones (U y V: escalares, A y B: vectores) Relaciones Identidades integrales de Green Campos vectoriales irrotacionales y solenoides Campo vectorial irrotacional Campo vectorial soleinoidal Teorema de Hemholtz 751

6 Apéndice 4. Repaso del álgebra de los números complejos Introducción Álgebra de los números complejos Operaciones básicas Interpretación geométrica del aperador j Propiedades de los operadores <<Re>>, <<Im >> Propiedades de la función conjugada de un complejo 760 Apéndice 5. Transformada de Laplace Introducción histórica Definición de transformada de Laplace Teoremas sobre la transformadas Desarrollo de pares de transformadas Síntesis de ondas utilizando el operador retardo del tiempo Función impulso (Delta de Dirac) Síntesis de ondas utilizando la función impulso Transformada inversa de Laplace. Tablas transformadas Función de transferencia. Diagrama de polos y ceros Interpretación gráfica de la convolución Propiedades de la integral de convolución 801 Índice de biografías 807 Índice 809

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ÍNDICE PRESENTACIÓN Y OBJETIVOS...17 AUTORES...19 CAPÍTULO 1. ELECTROSTÁTICA...21 1.1 ELECTRICIDAD Y ELECTROTECNIA...22 1.2 ELECTRIZACIÓN DE UN CUERPO. CARGA ELÉCTRICA...23 1.3 ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA