CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS Tema 3 Ecuaciones de Maxwell

Transcripción

1 CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS Tema Ecuaciones de Mawell P.- En una egión totalmente vacía ha un campo eléctico E = kt uˆ oto magnético con B B =. La magnitud k es constante. Calcula B. = B = ε µ + k k ' P.- En una egión del espacio ocue que: J =, E E =, = e + e' t, = E B = b + b' t, B B = =, donde e ' b ' son constantes conocidas. Calcula ρ v, e, b J. ρ = e = b' b = ε µ ' J J = v e = P.- B = En una egión del espacio no ha ni cagas ni coientes. El campo magnético es ( a bt) uˆ. El campo E tiene la diección del eje OY. (a) (b) (a) Calcula E. (b) Calcula la fem a lo lago de un cuadado de lado L, con dos de sus lados situados espectivamente sobe los semiejes OX OY positivos. a E = b t + k uˆ ε µ fem = bl

2 P.- En las egiones cilíndicas de la figua ha un campo magnético que tiene la foma B = cos( t) uˆ paa R, B = 8 t uˆ paa R R B = paa > R. Calcula: (a) El campo eléctico E en las onas,. (b) Los instantes de tiempo en los que dicho campo se anula en la egión, en el caso paticula de que R = m R = m. R R (a) Zona : E = 5 sin( t) (b) 5R, Zona : E = ( ) ( ) sin t R 5R, Zona : E = ( ) ( ) sin t R R t =, s;, 9 s; P5.- En la figua se muesta un cilindo hueco metálico mu lago de adio inteio R eteio R, po el que cicula una densidad de coiente J = C uˆ. Además eiste un campo eléctico de la foma: E = E sin( t) uˆ ω paa R E = paa > R. Calcula: (a) El campo magnético B en las tes egiones. (b) Dibuja cualitativamente la gáfica de la amplitud del campo B( ) B =. J R R

3 (a) Zona : B = ε µ E ω cos( ωt) ( ωt) µ C ε µ EωR cos µ CR Zona : B = + ( ) cos( t) µ C R R + ε µ EωR Zona : B = 6 ω P6.- Se considea un solenoide ideal mu lago de adio R en el vacío con n vueltas po unidad de longitud. Si cicula po el solenoide una intensidad de coiente I constante, se pide: (a) A pati de las ecuaciones de Mawell demosta cuál es el valo del vecto B en todos los puntos, tanto inteioes como eteioes. (b) Detemina el potencia vecto ( A ) en dichos puntos (a) Dento: B l = µ ni Fuea: B = l (b) Dento: Fuea: µ A t = ni µ nir A t = P7.- Los campos eléctico magnético en el inteio de un tubo metálico de sección cuadada que se etiende ente L < < L L < < L e indefinidamente a lo lago del eje vienen dados po las epesiones: E = A ( L ) uˆ B = At uˆ E, B veifica todas las ecuaciones condiciones de contono Demosta que este campo ( ) necesaias paa se un campo electomagnético.

4 P8.- Se tiene un condensado plano fomado po dos discos. El campo eléctico en su inteio viene dado po: E ρ (, t) = E sin( t) uˆ ω paa < ρ donde ρ es el adio de los discos. Enconta el campo magnético ente las placas del condensado. B = µ ε ωe cos ωt uˆ ρ ( ) φ P9.- Enconta el vecto de Poting sobe la supeficie de un alambe conducto ecto, mu lago (de adio b conductividad σ ) po el que cicula una coiente continua I. Veifica el Teoema de Poting. I = σπ b S ( ˆ ) u P.- En una egión del vacío libe de cagas de coientes, el campo eléctico tiene la siguiente epesión: E = E cos t cos k A pati de este campo, calcule: ω ( ) ( ) (a) El campo magnético poveniente del campo E. (b) Relación ente ω k paa que este campo sea debido eclusivamente a D. (c) La densidad de enegía eléctica. (d) La densidad de enegía magnética. (e) La densidad de enegía total. (f) El pomedio tempoal de las cantidades anteioes. (g) El vecto de Poting su pomedio. A qué coesponde este campo eléctico? û

5 B, t E k = sin ωt sin k uˆ ω (a) ( ) ( ) ( ) (b) ω = c k (c) U e = ε E cos ( ωt) ( k) cos (d) U m = ε E sin ( ωt) ( k) sin (e) U TOT = ε E [ + cos( ωt ) sin( k) ] (f) < U e >= ε E ( k) < U m >= ε E ( k) ~ (f) < S >= cos < U >= ε E sin P.- Dado HH (,, tt) = cos(5ππππ) ssssss(6ππ 9 tt ββββ)aa ( AA mm) en el aie, detemina el valo de E(,,t) β. P.- En un cable coaial con aie como dieléctico que tiene un conducto inteio de adio a conducto eteno de adio inteio b eiste una onda electomagnética de 6 MH. Suponiendo que los conductoes son pefectos que la foma fasoial de la intensidad de campo eléctico es: EE = EE ee jjjjjj aa VV mm aa < < bb a) Calcula k b) Detemina H c) Calcula las densidades supeficiales de coiente en los conductoes inteio eteio. P.- Dada una egión del espacio con las siguientes caacteísticas: µ = -5 H/m, ε =. - F/m σ = en cualquie oto luga, en la que H = cos( 5

6 t - β)a A/m, utilia las ecuaciones de Mawell paa obtene epesiones paa B, D, E β. BB = 6 5 cos( tt ββ) aa TT DD = ββ cos( tt ββ) aa CC/mm EE = DD εε ββ = ±6 aaaa/mm P.- Un coche cicula a km/h. Suponiendo que el campo magnético teeste es de. X -5 Wb/m, enconta el voltaje que se geneaá debido a la inducción EM en el paachoques del coche cua longitud es de.6m. Asumi que el ángulo ente el campo magnético la nomal al coche es de 65 Sol. V=.97mV P5.- Compoba cuáles de los siguientes campos, son ealmente campos electomagnéticos. Supone que los campos se encuentan en onas libes de cagas. (a) A= sen (ωt+) a (b) B=/ρ cos(ωt-ρ) aϕ (c) C= (ρ cot ϕ aρ + (cosϕ)/ρ aϕ) senωt (d) D= (/) senθ sen (ωt-5) aθ Sol. Sí. Sol. Sí No No P6.- Obtene los fasoes de los siguientes campos amónicos dependientes del tiempo: Sol. (a) EE = ee jj(+º) aa 5ee jj( 7º) aa 6

7 (b)hh = ssssssθθ ee jj5 aa θθ (c)jj = jj6ee (+jj) aa + ee (+5jj) aa P7.- Enconta el coespondiente campo eléctico E en función de β paa una antena que adia en espacio libe el siguiente campo: EE = ssssssθθ ωωεε ββssssss(ωωtt ββ) aa φφ ωω = ππ 8 7