PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Electromagnetismo Aplicado"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Electromagnetismo Aplicado" Grupo: Grp Clases Teóricas-Prácticas Electromagneti.(956771) Titulacion: Grado en Física Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Física 2009 Facultad de Física Electromagnetismo Aplicado Optativa 4º Primer Cuatrimestre Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Grp Clases Teóricas-Prácticas Electromagneti. (1) Electromagnetismo (Área principal) Electrónica y Electromagnetismo (Departamento responsable) FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N SEVILLA COORDINADOR DE LA ASIGNATURA MEDINA MENA, FRANCISCO PROFESORADO 1 MEDINA MENA, FRANCISCO Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6

2 OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos 1) Conocer y comprender los aspectos básicos de la propagación de las ondas electromagnéticas en los medios materiales. 2) Conocer y comprender el funcionamiento de los diversos medios de transmisión de la energía electromagnética, haciendo especial hincapié en los sistemas de guiado (líneas de transmisión, guías de ondas metálicas huecas y guías dieléctricas). 3) Comprender la metodología que se sigue para el diseño de los modernos sistemas de comunicación de alta frecuencia y en qué medida se distingue esa metodología de la que se usa a frecuencias más bajas. 4) Alcanzar un conocimiento básico de los procesos de radiación y dispersión de las ondas electromagnéticas, así como algunas de sus aplicaciones prácticas en el ámbito de las telecomunicaciones. Competencias Competencias transversales/genéricas - Capacidad de análisis y síntesis. - Comunicación oral y/o escrita. - Capacidad de gestión de la información. - Resolución de problemas. - Trabajo en equipo. - Aprendizaje autónomo. Competencias específicas - Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de las teorías físicas más importantes. - Capacidad de estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos. - Capacidad de profundizar en la aplicación de conocimientos matemáticos en el contexto general de la física. - Capacidad de medida, interpretación y diseño de experiencias en el laboratorio o en el entorno. - Capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático. - Capacidad de trasmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes. CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) 1) Propagación de ondas electromagnéticas en medios materiales. 2) Ondas electromagnéticas guiadas: sistemas de transmisión. 3) Radiación electromagnética y antenas. Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos 1. ECUACIONES DE MAXWELL Y ONDAS PLANAS. (10 horas) El campo electromagnético y las comunicaciones. Ecuaciones de Maxwell, relaciones constitutivas y condiciones de contorno. Campos armónicos en el tiempo. Medios dispersivos. Teorema de Poynting. Concepto de impedancia. Ecuación de ondas. Solución de la ecuación de ondas en coordenadas rectangulares: ondas planas. Parámetros de una onda electromagnética. Ondas uniformes y no uniformes. Incidencia de ondas planas en fronteras planas. Ondas estacionarias y parámetros asociados. Ondas en medios conductores y efecto pelicular. Impedancia superficial. 2. ONDAS GUIADAS: LÍNEAS DE TRANSMISIÓN (10 horas) Circuitos de parámetros concentrados y distribuidos. Modelo fenomenológico distribuido de un cable. Ecuaciones de los telegrafistas: ondas de tensión e intensidad. Estudio de una línea de transmisión en el dominio del tiempo (condiciones iniciales y de contorno). Pérdidas en el modelo de circuito de una línea de transmisión. Excitación y terminación de tramos de línea de transmisión en régimen sinusoidal estacionario. Ondas estacionarias, SWR, impedancia de entrada. Carta de Smith. Análisis de circuitos simples con líneas de transmisión en el dominio de la frecuencia. Análisis electromagnético: estudio del modo TEM en línea de transmisión ideal. Obtención del circuito equivalente. Pérdidas óhmicas: efecto pelicular en líneas de alta frecuencia. Regla de la inductancia incremental. Potencia. Límites cuasiestáticos. 3. ONDAS GUIADAS: PROPAGACIÓN EN SISTEMAS CON SIMETRÍA DE TRASLACIÓN. (10 horas) Teoría general de los sistemas de transmisión en el dominio de la frecuencia. Ondas guiadas: clasificación de los sistemas de guiado de ondas electromagnéticas. Modos fundamentales de transmisión. Teoremas de ortogonalidad. Guías de ondas metálicas huecas ideales. Modos de propagación, frecuencias de corte, impedancia y dispersión. Potencia transmitida. Efecto de las pérdidas en los dieléctricos y en los conductores. Estudio particular de guías convencionales: guías rectangulares, cilíndricas. El cable coaxial como guía de ondas. Guías parcialmente cargadas con dieléctricos: modos LSE y LSM. Líneas cuasi-tem. Líneas de transmisión y guías planas integradas. Cavidades resonantes. 4. ONDAS GUIADAS: GUIAS DIELÉCTRICAS Y FIBRAS ÓPTICAS. (5 horas) Ondas superficiales en fronteras planas. Guías dieléctricas laminares. Guías dieléctricas cilíndricas. Espectro discreto y espectro continuo. Fibras ópticas: conceptos fundamentales. Fibras ópticas de núcleo uniforme. Aproximación de guiado débil. Frecuencia de corte y relación de dispersión. 5. ELEMENTOS DE CIRCUITOS DISTRIBUIDOS. (10 horas) El problema de la adaptación de impedancias. Ayuda gráfica: carta de Smith. Adaptación de impedancias con elementos reactivos localizados. Adaptación con sintonizadores (stubs). Transformador cuarto de onda. Adaptación en banda ancha: transformadores multisección. Teoría aproximada de pequeñas reflexiones. Transformador binomial. Transformador de Tchebyshev. Adaptación mediante líneas de transmisión no uniformes (tapers). Descripción de circuitos mediante parámetros de scattering. Descripción de algunos componentes pasivos de interés para circuitos de microondas. 6. ECUACIÓN DE ONDAS CON FUENTES. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA. (5 horas) Ecuación de ondas para los potenciales electrodinámicos. Teoría de los potenciales retardados. Potenciales de Hertz. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6

3 Aproximación dipolar. Campo creado por distribución arbitraria de fuentes. Campos armónicos. Energía y potencia radiadas. 7. SISTEMAS RADIANTES: ANTENAS. (10 horas) Parámetros de una antena como elemento radiante y como elemento de circuito. Antenas eléctricamente cortas. Regiones próxima, intermedia y lejana. Antenas largas. Zonas reactiva, de Fresnel y de Fraunhoffer. Agrupamiento de antenas (arrays). Antenas de abertura. Antenas en recepción: reciprocidad. ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas Horas presenciales: Horas no presenciales: Metodología de enseñanza-aprendizaje: En estas clases se expondrán los contenidos teóricos de la materia que constituirán el núcleo central de los conocimientos que ha de adquirir el alumno. También se resolverán ejercicios y problemas que ayuden a clarificar los conceptos, leyes físicas y técnicas expuestos en las clases de contenido más teórico. El profesor proporcionará al alumno por anticipado boletines conteniendo problemas, junto con las soluciones de una parte de estos problemas. En algunas ocasiones, las exposiciones en la pizarra de contenidos teóricos se complementarán con la presentación de transparencias y diapositivas. Competencias que desarrolla: - Capacidad de análisis y síntesis. - Resolución de problemas. - Todas las competencias específicas. AAD sin presencia del profesor Horas presenciales: Horas no presenciales: Metodología de enseñanza-aprendizaje: Los alumnos de esta asignatura, en solitario o en grupos que no excedan de tres personas, desarrollarán trabajos de investigación bibliográfica o experimentales relacionados con los temas de la asignatura. Estos trabajos deberán ser expuestos con apoyo audiovisual ante el profesor y el resto de los alumnos de la asignatura que deseen participar. El profesor sugerirá un conjunto de trabajos posibles, a los que se podrán añadir trabajos propuestos por los alumnos tras ser aprobados por el profesor. Competencias que desarrolla: - Comunicación oral y/o escrita. - Capacidad de gestión de la información. - Trabajo en equipo. - Aprendizaje autónomo. BIBLIOGRAFÍA E INFORMACIÓN ADICIONAL Bibliografía general Fundamentos de la Teoría Electromagnética J.R. Reitz, F.J. Milford, R.W. Christy Edición: cuarta Publicación: Addison-Wesley Iberoamericana S.A X Teoría Electromagnética M. Zahn Edición: 1991 Publicación: McGraw-Hill Classical Electricity and Magnetism Wolfgang K. H. Panofsky, Melba Phillips Edición: 1977 Publicación: Addison-Wesley Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6

4 Electrodinámica Clásica John D. Jackson Edición: 1975 Publicación: Editorial Alhambra Bibliografía específica Advanced Engineering Electromagnetics Constantine A. Balanis Edición: Microwave Engineering David M. Pozar Edición: Foundations for Microwave Engineering Robert E. Collin Edición: 1992 Publicación: McGraw-Hill International Electromagnetic Energy Transmission and Radiation Richard Brooks Adler, Lan Jen Chu, Edición: 1973 Robert M. Fano Publicación: MIT Press Fields and Waves in Communication Electronics Simon Ramo, John R. Whinnery, Edición: 1994 Theodore Van Duzer An Introduction to Guided Waves and Microwave Circuits R.S. Elliott Edición: 1993 Publicación: Prentice Hall Problemas de Microondas A. Delgado Edición: 1995 Publicación: Servicio de Publicaciones de la E.T.S.I.T. de la U.P.M. (Madrid) Antenna Theory and Design Warren.L. Stutzman, G.A. Thiele Edición: Antenna Theory: Analysis and Design Constantine.A. Balanis Edición: 2005 Publicación: Wiley Interscience Información adicional Artículos seleccionados accesibles a través de internet. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6

5 SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Sistema de evaluación Evaluación continua combinada con exámenes escritos y exposición de trabajo 1. Se exigirá la asistencia continuada a clase y la resolución de una serie de problemas propuestos por el profesor. Si esta tarea es llevada a cabo con un grado satisfactorio de cumplimiento, esta tarea condicionará hasta un máximo del 40 % de la calificación final. 2. La realización de un trabajo personal. de investigación bibliográfica, experimental o teórico, que se plasmará en una presentación oral con apoyo de herramientas informáticas adecuadas determinará hasta un 30 % más de la calificación final. 3. A lo largo del curso los alumnos realizarán dos exámenes escritos (uno durante el curso y otro en la fecha de examen aprobada en Junta de Facultad) cuya calificación representará el 30 % restante de la nota final. Criterios de calificación - Asistencia continuada a clase y entrega de ejercicios: 40 %. - Trabajo personal o en pequeños grupos: 30 %. - Exámenes escritos: 30 % CALENDARIO DE EXÁMENES La información que aparece a continuación es susceptible de cambios por lo que le recomendamos que la confirme con el Centro cuando se aproxime la fecha de los exámenes. CENTRO: Facultad de Física 1 ª Convocatoria 24/1/2018 Hora: 9:30 por determinar CENTRO: Facultad de Física 2 ª Convocatoria 12/6/2018 Hora: 9:30 por determinar CENTRO: Facultad de Física Diciembre 13/12/2017 Hora: 16:0 por determinar TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: FRANCISCO MEDINA MENA RICARDO MARQUES SILLERO RAFAEL RODRIGUEZ BOIX ALBERTO TOMAS PEREZ IZQUIERDO ANTONIO RAMOS REYES MANUEL JOSE FREIRE ROSALES ANEXO 1: HORARIOS DE LOS GRUPOS NO PRINCIPALES DE LA ASIGNATURA Y DEL GRUPO DEL PROYECTO Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6

6 GRUPO: Grp Clases Teóricas-Prácticas Electromagneti. (956771) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: MEDINA MENA, FRANCISCO Jueves Del 20/09/2017 al 16/01/2018 Hora: De 10:00 a 12:30 AULA IIIA (FÍSICA) Viernes Del 20/09/2017 al 16/01/2018 Hora: De 10:00 a 12:30 AULA IIIA (FÍSICA) Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 6