INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA

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1 INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA ACTIVIDAD CURRICULAR: TEORIA DE LOS CAMPOS Código : Año Académico : 2016 Área : ELECTROTECNIA Bloque: TECNOLOGÍAS APLICADAS Nivel: 3. Tipo: Obligatoria Modalidad: Anual Carga Horaria total: Hs Reloj: 72 Hs. Cátedra: 96 Carga horaria semanal: Hs Reloj: 2h 15min Hs. Cátedra: 3 Composición del equipo docente Profesores Titulares: Profesores Asociados: Profesores Adjuntos: Auxiliares JTP: Auxiliares ATP 1 : Auxiliares ATP 2 : Ing. Jorge Recchini Ing. Federico Muiño FUNDAMENTACIÓN El electromagnetismo es uno de los temas fundamentales de cualquier plan de estudios de ingeniería eléctrica. El conocimiento de las leyes que rigen los campos eléctricos y magnéticos es indispensable para comprender los principios de funcionamiento de las máquinas e instrumentos eléctricos y magnéticos, los fenómenos de acción a distancia y los sistemas de transmisión de la energía. Esta materia brinda el conocimiento de dichas leyes y las teorías que las sustentan. 1

2 OBJETIVOS Se espera que el alumno sea capaz de analizar los campos eléctricos y magnéticos estudiados en física mediante la aplicación del análisis vectorial y sus operadores diferenciales. Asimismo aplicar a los campos en movimiento los principios relativistas CONTENIDOS a) Contenidos mínimos El principio de la relatividad. Transformaciones de Lorentz. El potencial eléctrico. Campo eléctrico en los conductores. Corriente eléctrica. Campo de las cargas móviles. El campo eléctrico en la materia. El campo magnético. Inducción electromagnética y ecuaciones de Maxwell. Campos magnéticos en la materia. Comentarios: Resolver problemas referidos a tecnologías eléctricas con procedimientos avanzados. Construir mapas de campo. b) Contenidos analíticos Unidad Temática 1: Revisión de temas de análisis vectorial. Gradiente. Divergencia. Rotor. Teorema de la divergencia. Teorema de Stokes. Identidades nulas. Campos eléctricos estáticos. Postulados de la electroestática en el espacio libre. Ley de Gauss. Ley de Coulomb. Campo eléctrico originado en distribuciones continuas de carga. Potencial eléctrico. Dipolo eléctrico. Campo electroestático en un conductor. Condiciones de frontera. 2

3 Unidad Temática 2: Dieléctricos en un campo eléctrico estático. Vector desplazamiento. Condiciones de frontera en la superficie de separación de dos medios de distinta permitividad. Capacitancias y condensadores. Procedimiento de cálculo. Ejemplos. Energía electrostática. Fuerzas electrostáticas. Ecuaciones de Poisson y Laplace. Método de las imágenes. Línea de transmisión bifilar infinita: capacidad distribuida. Unidad Temática 3: Corrientes eléctricas estacionarias. Densidad de corriente. Ley de Ohm microscópica. Ecuación de continuidad. Calculo de resistencias. Resistencia de puesta a tierra. Tensión de paso. Unidad Temática 4: Campos magnéticos estáticos: Postulados fundamentales de la magnetostática en el espacio libre. Ley de Ampère. Potencial vectorial magnético. Ecuación vectorial de Poisson. Ley de Biot y Savart. Dipolo magnético. El magnetismo en los medios materiales. Intensidad de campo magnético. Comportamiento de los materiales magnéticos. Histéresis. Inductancia e inductores. Inductancia mutua. Energía magnética. Fuerzas y pares magnéticos. Unidad Temática 5: Postulado fundamental de la inducción electromagnética. Ley de Faraday. Fuerza electromotriz de transformación. Fuerza electromotriz cinética. Generalización de la ley de Faraday. Unidad Temática 6: Ecuaciones de Maxwell. Densidad de corriente de desplazamiento. Forma diferencial e integral de las ecuaciones de Maxwell. Ecuación de las ondas electromagnéticas. Caso de un medio homogéneo sin cargas ni conductividad. Onda electromagnética plana. Impedancia intrínseca en un medio dieléctrico. Propagación de ondas en materiales conductores. Atenuación. Impedancia intrínseca. Profundidad de penetración. Potencia y vector de Poynting. Ejemplos. Unidad Temática 7: La Relatividad. Sistemas de referencia. Principio de la relatividad. Constancia de la velocidad de la luz. Postulados de Einstein. Dilatación del tiempo y contracción de la longitud. Transformación de Lorentz. Energía relativista. 3

4 DISTRIBUCIÓN DE CARGA HORARIA ENTRE ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS Tipo de actividad Carga horaria total Carga horaria total en en hs. reloj hs. cátedra Teórica Formación Práctica Formación experimental Resolución de problemas Proyectos y diseño 0 0 Práctica supervisada 0 0 ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS a) Modalidades de enseñanza empleadas según tipo de actividad (teórica-práctica) Clases teórico-prácticas incentivando la participación activa de los alumnos y orientadas a la comprensión de los diferentes temas de la asignatura en forma integradora. Habiendo afianzado los conceptos básicos, se desarrollan los contenidos previstos y se agregan nuevas situaciones integradoras asociadas al estudio de campos eléctricos y magnéticos. Se incorporan ejemplos motivadores de aplicación en otras asignaturas de la carrera y se propone el uso de la computadora como herramienta de cálculo numérico y simbólico. Se utiliza una guía de trabajos prácticos única, permitiendo fijar nomenclatura y asegurar el nivel y orientación requeridos por una carrera de ingeniería. Se realizan prácticos de laboratorio destinados a la verificación de leyes estudiadas en clase y a motivar el perfil experimental del alumno b) Recursos didácticos para el desarrollo de las distintas actividades (guías, esquemas, lecturas previas, computadoras, software, otros) La asignatura se desarrolla en el aula a través de la Guía de Estudios y de la guía de trabajos prácticos, en clase y con actividades al efecto se propone y se orienta hacia el uso de software para cálculo, gráfica y análisis de resultados. También se dispone, a solicitud de los docentes, de cañón electrónico para llevar al aula y de un laboratorio de computación para la realización de actividades con PC. 4

5 EVALUACIÓN a) Modalidad (tipo, cantidad, instrumentos) Todas las evaluaciones son escritas. La firma de Trabajos Prácticos se realiza a aquellos alumnos que cumplan con: la aprobación de las evaluaciones parciales, la asistencia y aprobación de los prácticos de laboratorio y el régimen de asistencia a clase reglamentado por la Facultad. Se dispone de dos fechas de recuperación por cada parcial, las mismas se distribuyen entre los meses de Diciembre y Febrero del ciclo lectivo. Los temas de examen final se generan desde la dirección de la cátedra para todos los alumnos que se presenten a rendir en cada fecha de examen. b) Requisitos de regularidad Para cursar la asignatura el alumno debe tener firmados los Trabajos Prácticos de Análisis Matemático II y de Física II, además de cumplir con el régimen de asistencia establecido por la Facultad. Validez de Trabajos Prácticos y régimen de calificaciones según reglamentación general de la Facultad c) Requisitos de aprobación La asignatura se aprueba mediante la aprobación de examen Final. Para presentarse a rendir examen final, además de haber firmado los Trabajos Prácticos de la asignatura, el alumno debe tener aprobados los exámenes finales de las asignaturas Análisis matemático II y Física II. Validez de Trabajos Prácticos y régimen de calificaciones según reglamentación general de la Facultad. ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL CON OTRAS MATERIAS Teoría de los Campos se articula verticalmente con materias del segundo nivel de la carrera, que son: Análisis Matemático II y Física II. De Análisis Matemático II se requiere el modelo matemático que ofrece el cálculo vectorial y los operadores diferenciales, es decir, las técnicas de cálculo de: derivadas parciales, integrales múltiples, integrales de superficie, ecuaciones diferenciales, las operaciones de gradiente de campos escalares, divergencia y rotor de campos vectoriales como así también la aplicación de los teoremas integrales; en los distintos sistemas de coordenadas. De Física II se requieren: las definiciones básicas y los conocimientos previos del comportamiento de los campos eléctricos y 5

6 magnéticos, los conceptos de campos estáticos y variables en el tiempo, el análisis del comportamiento de los campos en dieléctricos y en los materiales ferromagnéticos, como así también las leyes del electromagnetismo clásico expresadas en forma macroscópica. También la asignatura queda articulada verticalmente con materias del cuarto nivel de estudios, proveyendo los fundamentos conceptuales para el tratamiento de las máquinas eléctricas, la transmisión de la energía y el análisis de los parámetros de línea para líneas trifásicas de transmisión. En términos de articulación horizontal, Teoría de los Campos se articula fundamentalmente con Electrotecnia II a la hora de definir el modelo eléctrico de comportamiento de una línea corta, considerada con parámetros concentrados. 6

7 CRONOGRAMA ESTIMADO DE CLASES Semana 1 Tema Introducción al curso + Reglamento Unidad Temática 1 Tipo de Actividad Teórica Formación Práctica 2 Unidad Temática 1 3 Unidad Temática 1 4 Unidad Temática 1 5 Unidad Temática 2 6 Unidad Temática 2 7 Unidad Temática 2 8 Unidad Temática 2 9 Unidad Temática 2 10 Unidad Temática 2 11 Unidad Temática 2 12 Unidad Temática 3 13 Unidad Temática 3 14 Examen Parcial N Unidad Temática 4 16 TP de Laboratorio N 1 17 Unidad Temática 4 18 TP de Laboratorio N 2 19 Unidad Temática 4 20 Unidad Temática 4 21 Unidad Temática 4 22 Examen Parcial N TP de Laboratorio N 3 24 Unidad Temática 5 25 Unidad Temática 6 26 Unidad Temática 6 27 Unidad Temática 6 28 Unidad Temática 6 29 Unidad Temática 6 30 Unidad Temática 7 31 Unidad Temática 7 32 Examen Parcial N

8 BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA Cheng, David K.: Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería, Addison-Wesley. Mexico Reitz-Milford-Christy: Fundamentos de la Teoría Electromagnética, Union Tipografica Editorial Hispano Americana. México BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Hayt William H.- Buck John A. : Teoria Electromagnetica. Editorial Mcgraw-Hill. Madrid Kraus John D. - Fleisch Daniel A.: Electromagnetismo Con Aplicaciones. Editorial Mcgraw-Hill. Madrid V. Nikolsky: Electrodinámica y propagación de ondas de radio. Editorial Mir. Moscú Netushil, A. V. y Polivanov, K. M.: Principios de Electrotecnia, Tomo III, Editorial Cartago, Bs. As., Kip, Arthur F.: Fundamentos de Electricidad y Magnetismo, Mc Graw Hill, Madrid, Panofsky, Wolfgang y Phillips, Melba, Classical Electricity and Magnetism, Addison-Wesley, Tokyo,