Electromagnetismo
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El curso de electromagnetismo ofrece una introducción detallada a los principios fundamentales que rigen los sistemas electromagnéticos. A través de este curso, los estudiantes explorarán los conceptos clave del electromagnetismo, como el campo eléctrico, el campo magnético, el voltaje, la corriente, o la impedancia, con aplicaciones tanto en sistemas estáticos como dependientes del tiempo.
El contenido del curso permite que los estudiantes adquieran un conocimiento básico de los fenómenos físicos producidos por la interacción electromagnética y los modelos matemáticos que los describen. En la asignatura se introducen las diferentes leyes que describen fenómenos sencillos observados experimentalmente, así como las ecuaciones de Maxwell. La comprensión de este modelo general es el primer objetivo de la asignatura, que se completa con el estudio de los fundamentos de circuitos eléctricos y de ondas electromagnéticas.
A lo largo del curso, los estudiantes desarrollarán habilidades para modelar y analizar sistemas electromagnéticos en diversas situaciones prácticas, como motores, sistemas de generación de energía o circuitos de corriente continua o alterna. Además, se fomentará el entendimiento de las aplicaciones del electromagnetismo en campos como la ingeniería, la química, la física y la biología.
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1. Análisis vectorial
Vector, vector de posición. Coordenadas cartesianas. Suma y resta de vectores. Multiplicación de vectores, producto escalar, producto vectorial. Gradiente de un campo escalar. Integrales en dos y tres dimensiones.
2. Electrostática
Ley de Coulomb. Carga eléctrica. Distribuciones de carga. Campo y potencial eléctricos. Teorema de Gauss. Determinación del campo y del potencial eléctrico. Fuerzas electrostáticas. Energía electrostática.
3. Materiales conductores
Conductores eléctricos. Condición de equilibrio de un conductor. Campo y potencial de conductores y distribuciones de carga. Teorema de Gauss en presencia de conductores. Método de las cargas imagen. Condensadores. Capacidad y energía electrostática de un condensador. Asociación de condensadores.
4. Materiales dieléctricos
Campo y potencial del dipolo eléctrico. Acción electrostática sobre el dipolo eléctrico. Polarización de la materia. Permitividad dieléctrica. Campo y potencial de dieléctricos y distribuciones de carga. Teorema de Gauss en presencia de dieléctricos. Condensadores con dieléctricos.
5. Circuitos de corriente continua
Corriente eléctrica. Ley de Ohm. Ley de Joule. Leyes de Kirchoff.
6. Magnetostática
Ley de Lorentz. Campo magnético. Movimiento de cargas en campos magnéticos uniformes. Ley de Biott-Savart. Ley de Ampere Determinación de campos magnéticos. Solenoides. Fuerzas magnéticas entre corrientes.
7. Materiales magnéticos
Campo del dipolo magnético. Acción magnetostática sobre el dipolo magnético. Magnetización de la materia. Permeabilidad magnética. Imanes. Campo magnético de corrientes y medios magnéticos Ley de Ampere en medios magnéticos. Solenoides con núcleo.
8. Campos dependientes del tiempo
Fuerza electromotriz. Campos magnéticos dependientes del tiempo. Ley de Faraday. Alternadores. Autoinducción. Inducción mutua. Transformadores.
9. Ecuaciones de Maxwell
Recapitulación de leyes experimentales, leyes de Maxwell.
10. Circuitos de corriente alterna
Corriente alterna. Impedancia. Factor de potencia. Leyes de Kirchoff para circuitos de corriente alterna. Transformadores de corriente alterna.
11. Fenómenos ondulatorios
Ecuación de ondas y campo ondulatorio. Deducción de la ecuación de ondas electromagnéticas. Ondas planas. Ondas esféricas. Ondas armónicas. Fasores. Ondas armónicas planas. Ondas armónicas esféricas. Ondas estacionarias. Ondas estacionarias planas.
12. Propagación de ondas
Intensidad de las ondas. Efecto Doppler. Principio de Huygens. Reflexión y refracción de ondas planas. Ley de Snell. Onda reflejada y onda refractada. Reflexión total. Breve introducción a la óptica geométrica.
13. Interferencia de ondas
Interferencia de ondas armónicas. Interferencia de fuentes coherentes. Interferencia en láminas delgadas.
14. Difracción de ondas
Difracción de Fraunhofer en una rendija y en una abertura circular. Poder resolvente de instrumentos ópticos. Redes de difracción.
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- “Física Vol. II”. R.A. Serway, J.W. Jewett. Thomson-Paraninfo (2003).
- “Física Vol. II: Campos y ondas”. M. Alonso, E.J. Finn. Addison-Wesley (1995).
- “Física para la ciencia y la tecnología” Vol. I y II. P.A. Tipler. Reverté (1992).
- “Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería”. D.K. Cheng. Addison-Wesley (1997).
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