Course: Electricidad y Magnetismo (2010)

Electricidad y Magnetismo (2010)

Profesores

Ándres Prieto Gala

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones

En la naturaleza se suelen considerar cuatro tipos de fuerza distintos: débil, fuerte, gravitatoria y electromagnética. El objeto del Electromagnetismo es estudiar los fenómenos producidos por cargas y/o corrientes eléctricas. En este curso se realizará una introducción a los fenómenos básicos en el ámbito de la electricidad, el magnetismo y la inducción electromagnética. Se realiza una expresión de los mismos mediante leyes matemáticas y se describen sus aplicaciones más importantes en ciencia e ingeniería. Con tal fin, el curso de divide en ocho temas. En el tema 1 (Vectores, Sistemas de Coordenadas e Integrales) se proporciona la base matemática necesaria para el resto del curso. A continuación, en los temas 2 (Campo Electrostático en el Vacío) y 3 (Potencial Eléctrico) se estudian los fenómenos producidos por cargas eléctricas en reposo o equilibrio. En el tema 4 (Campo Electrostático en Medios Materiales) se analiza como dichas cargas actúan sobre los medios materiales. En el tema 5 (Corriente Eléctrica y Fuerza Electromotriz) se introduce el concepto de corriente eléctrica, para abordar posteriormente en los temas 6 (El Campo Magnético) y 7 (Fuentes del Campo Magnético) la magnetostática. Por último, el tema 8 (Inducción Electromagnética) se dedica en exclusiva al fenómeno de la inducción electromagnética.

Palabras Clave de la Asignatura

Corriente Eléctrica, Campo Eléctrico, Potencial Eléctrico, Ley de Biot y Savart, Ley de Coulomb, Ley de Gauss, Campo Magnético, Inducción Electromagnética, Ley de Ampere, Ley de Faraday

Programa

programa

Datos identificativos de la Asignatura

Denominación: Electricidad y magnetismo
Código: M722
Departamento: Departamento de Ingeniería de Comunicaciones
Área de Conocimiento: Electromagnetismo
Tipo: Troncal
Curso y cuatrimestre: Segundo
Título: INGENIERO TECNICO DE TELECOMUNICACION. ESPECIALIDAD EN SISTEMAS ELECTRONICOS
Centro: Escuela superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicaciones
Web:
Profesor responsable: Ándres Prieto Gala / José Antonio Pereda Fernández / Ana Grande Sáez / Óscar González Rodríguez

Programa de la asignatura

TEMA 1: VECTORES, SISTEMAS DE COORDENADAS E INTEGRALES:

1. Introducción: Magnitudes escalares y vectoriales.
2. Álgebra vectorial: Introducción, definiciones, leyes del álgebra vectorial, vectores unitarios.
3. Productos de vectores: producto escalar, producto vectorial, otros productos.
4. Sistemas de coordenadas ortogonales en 2D: Coordenadas Cartesianas, Coordenadas polares.
5. Sistemas de coordenadas en 3D: Coordenadas cartesianas, Coordenadas cilíndricas.
6. Campos escalares y vectoriales. Cálculo integral: Integral de línea, Integral de superficie, Integral de volumen.

TEMA 2: CAMPO ELECTROSTÁTICO EN EL VACÍO:

1. Introducción.
2. Carga eléctrica: Reseña histórica, Constitución de la materia, Cuantización y conservación de la carga,
Unidades de carga.
3. Distribuciones continuas de carga. 4. Conductores y aislantes: Inducción electrostática.
5. Ley de Coulomb.
6. El campo eléctrico: Concepto, Definición.
7. Campo eléctrico debido a una distribución de cargas puntuales: Principio de superposición.
8. Campo eléctrico debido a distribuciones continuas de carga.
9. Líneas de fuerza.
10. Flujo del campo eléctrico.
11. Ley de Gauss: Enunciado y consecuencias.
12. Aplicaciones de la ley de Gauss.

TEMA 3: POTENCIAL ELÉCTRICO:

1. Introducción.
2. Energía potencial eléctrica: Trabajo electrostático, Carácter conservativo del campo eléctrico, Energía potencial electrostática.
3. Potencial eléctrico.
4. Potencial debido a distribuciones de carga: Cálculo a partir del campo eléctrico, Cálculo directo debido a distribuciones discretas de carga, Cálculo directo debido a distribuciones continuas de carga.
5. Energía electrostática de formación de distribuciones de carga: Energía de distribuciones discretas, Energía de distribuciones continuas.
6. Cálculo del campo eléctrico a partir del potencial: Superficies equipotenciales, Gradiente del potencial.

TEMA 4: CAMPOS ELECTROSTÁTICOS EN MEDIOS MATERIALES:

1. Introducción.
2. Conductores en equilibrio electrostático.
3. Conductores con cavidades: Apantallamiento electrostático.
4. Aplicaciones.
5. Capacitancia: Capacidad de un conductor, Condensadores, Asociación de condensadores.
6. Energía de un condensador: Energía en un conjunto de conductores, Energía en un condensador
7. Medios dieléctricos. Consideraciones generales
8. Experimento de Faraday.
9. Interpretación del experimento de Faraday: Densidad de carga de polarización, Vectores polarización y desplazamiento, Susceptibilidad y permitividad dieléctricas.
10. Diseño de condensadores.
11. Ley de Gauss en medios dieléctricos.
12 Energía eléctrica en problemas con dieléctricos.

TEMA 5: CORRIENTE ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROMOTRIZ:

1. Conducción, velocidad de arrastre y movilidad de los portadores.
2. Intensidad y densidad de corriente.
3. Ecuación de continuidad de la carga y primera ley de Kirchhoff.
4. Ley de Ohm, conductividad y resistencia.
5. Consumo de potencia en los conductores: Ley de Joule.
6. Fuerza electromotriz y segunda ley de Kirchhoff.

TEMA 6: EL CAMPO MAGNÉTICO:

1. Introducción.
2. El campo magnético
3. Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.
4. Aplicaciones del movimiento de partículas en campos: Selector de velocidades, espectrómetro de masas.
5. Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente.
6. Momento de fuerza sobre una espira con corriente: Momento dipolar magnético.

TEMA 7: FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO:

1. Introducción.
2. Ley de Biot y Savart: Campo magnético creado por corrientes volúmicas, Campo magnético creado por cargas puntuales en movimiento.
3. Ley de circulación de Ampère.
4. Flujo magnético y ley de Gauss.
5. Magnetismo en la materia: Corrientes de magnetización y vector magnetización, Intensidad de campo H, Clasificación de sustancias magnéticas, Ferromagnetismo.

TEMA 8: INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA:

1. Ley de Faraday.
2. Fuerza electromotriz debida al movimiento.
3. Aplicaciones: Generadores, Motores, Fuerza contraelectromotriz.
4. Autoinducción e inducción mutua.
5. Energía del campo magnético.
6. Corriente de desplazamiento.
7. Ecuaciones de Maxwell.

BIbliografía

Bibliografía básica

Apuntes de la asignatura suministrados por el profesor
Tipler, Mosca: "Física para la ciencia y la tecnología" Vol. 2, 5ª edición, Reverté, 2005.
Serway, Beichner: "Física para ciencias e ingeniería" Tomo 2, 5ª edición, McGrawHill, 2002

Bibliografía complementaria

V. López Rodríguez, "Elementos de Física para informática", UNED, 1993.
Gettys, Keller, Skove, "Física clásica y moderna", McGrawHill, 1996.

Libros específicos de problemas:

V. López Rodriguez, Mª M. Montoya, "Física para informática (problemas resueltos)", Sanz y Torres, Madrid, 1996, (2ª Edicición 2001).
V. G. Serrano y otros, "Electricidad y Magnetismo: estrategias para la resolución de problemas y aplicaciones", Pearson Education, México 2001.

Materiales de Clase

MC-F-001. Tema 1: Vectores, sistemas de coordenadas e integrales
MC-F-002. Tema 2: Campo electrostático en el vacío
MC-F-003. Tema 3: Potencial eléctrico
MC-F-004. Tema 4: Campos electrostáticos en medios materiales
MC-F-005. Tema 5: Corriente eléctrica y fuerza electromotriz
MC-F-006. Tema 6: El campo magnético
MC-F-007. Tema 7: Fuentes del campo magnético
MC-F-008. Tema 8: Inducción electromagnética

Ejercicios, Proyectos y Casos

EP-F-001. Tema 1 / Hoja 1: Problemas de Vectores
EP-F-002. Tema 1 / Hoja 2: Problemas de Sistemas de Coordenadas
EP-F-003. Tema 1 / Hoja 3: Problemas de Integrales de Línea, Superficie y Volumen
EP-F-004. Tema 2 / Hoja 1: Ejercicios de carga, ley de Coulomb y campo eléctrico
EP-F-005. Tema 2 / Hoja 2: Campo eléctrico debido a distribuciones continuas de carga
EP-F-006. Tema 2 / Hoja 3: Ejercicios de flujo eléctrico y ley de Gauss
EP-F-007. Tema 3 / Hoja 1: Ejercicios de potencial y energía eléctrica
EP-F-008. Tema 4 / Hoja 1: Ejercicios de dieléctricos y conductores
EP-F-009. Tema 5 / Hoja 1: Corriente y fuerza electromotriz
EP-F-010. Tema 6 / Hoja 1: Ejercicios de campo magnético
EP-F-011. Tema 7 / Hoja 1: Ejercicios de la ley de Biot-Savart y de la ley de Ampère

Pruebas de Evaluación

Descripción	Tipología	Eval. Final	Recuperación	%
Primer examen parcial	Examen escrito	No	Sí	15
Calificación mínima	0
Duración	2 horas
Fecha realización	29 de Marzo de 2010
Condiciones recuperación	En el examen final
Observaciones	Ver observaciones generales
Segundo examen parcial	Examen escrito	No	Sí	35
Calificación mínima	0
Duración	2 horas
Fecha realización	3 de mayo de 2010
Condiciones recuperación	En el examen final
Observaciones	Ver observaciones generales
Tercer examen parcial	Examen escrito	No	Sí	50
Calificación mínima	5
Duración	2 horas
Fecha realización	31 de mayo de 2010
Observaciones	Ver observaciones generales
TOTAL	100

Guía de Aprendizaje

Aquí puede descargarse la Guía de Aprendizaje en formato pdf.

Topic outline

Electricidad y Magnetismo (2010)

Palabras Clave de la Asignatura

Programa

Datos identificativos de la Asignatura

Programa de la asignatura

TEMA 1: VECTORES, SISTEMAS DE COORDENADAS E INTEGRALES:

TEMA 2: CAMPO ELECTROSTÁTICO EN EL VACÍO:

TEMA 3: POTENCIAL ELÉCTRICO:

TEMA 4: CAMPOS ELECTROSTÁTICOS EN MEDIOS MATERIALES:

TEMA 5: CORRIENTE ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROMOTRIZ:

TEMA 6: EL CAMPO MAGNÉTICO:

TEMA 7: FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO:

TEMA 8: INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA:

BIbliografía

Bibliografía básica

Bibliografía complementaria

Materiales de Clase

Ejercicios, Proyectos y Casos

Pruebas de Evaluación

Guía de Aprendizaje

Sobre el Profesor

Catedrático de Electromagnetismo

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones

Profesor Titular de Universidad

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones

Doctor por la Universidad de Cantabria

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones

Doctor por la Universidad de Cantabria

Departamento de Ingeniería de Comunicaciones