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• Sebastian Nizama Zapata

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

SYLLABUS TEORIA DE CAMPOS ELECTROMAGNETICOS I. INFORMACIÓN GENERAL Código Pre-requisitos Condición Periodo Académico Semestre Créditos Horas por Semana Horas Teóricas Horas Prácticas Sistema de Evaluación

: EE520 : BMA06, EE320 : OBLIGATORIO : 2018-2 :5 :4 :5 : 3 HORAS SEMANALES : 2 HORAS SEMANALES :I

II. SUMILLA DEL CURSO Este curso cubre los aspectos fundamentales de la teoría electromagnética, desarrollando su contenido desde un punto de vista macroscópico, usando el Sistema Internacional de Unidades y partiendo de las ecuaciones de Maxwell. Su contenido suministra la base necesaria para comprender y aplicar la propagación de ondas, las antenas y los circuitos de transmisión, incluyendo las guías de onda. También se pone énfasis en la relación que debe de existir entre la teoría electromagnética con el mundo práctico de la ingeniería.

El curso cubre los temas siguientes: la ley de Coulomb y la intensidad del campo eléctrico, densidad de flujo eléctrico, ley de Gauss y divergencia, energía y potencial, conductores y dieléctricos, capacitancia, el campo magnético estacionario, fuerzas magnéticas, materiales e inductancia, campos variantes con el tiempo y ecuaciones de Maxwell, líneas de transmisión, la onda plana uniforme, reflexión de ondas planas y dispersión, ondas guiadas, radiación electromagnética y antenas. III. COMPETENCIAS DEL CURSO . 1. Determinar los campos eléctricos estáticos creados por distribuciones de carga. 2. Calcular el potencial electrostático. 3. Calcular la capacitancia y la energía electrostática. 4. Formular y aplicar condiciones de contorno. 5. Resolver problemas de valores límite electrostáticos. 6. Determinar campos magnéticos estáticos. 7. Calcula la inductancia y la energía magnetostática.

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8. Formular y analizar la ley de inducción de Faraday. 9. Identificar las ecuaciones de Maxwell. IV. UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. LA LEY DE COULOMB Y LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO / 4 HORAS La ley de Coulomb experimental. Intensidad del campo eléctrico. Campo que surge de un volumen continuo. Distribución de carga. Campo de una línea de carga. Campo de un plano de carga. Flujos de líneas de campo y bosquejos de campos eléctricos. . 2. DENSIDAD DE FLUJO ELÉCTRICO, LEY DE GAUSS Y DIVERGENCIA / 4 HORAS Densidad del flujo eléctrico. La ley de Gauss. Aplicación de la ley de Gauss para una distribución de carga simétrica. Aplicación de la ley de Gauss para un elemento diferencial de volumen. Divergencia y la primera ecuación de Maxwell. El operador vectorial V y el teorema de la divergencia. 3. ENERGÍA Y POTENCIAL / 4 HORAS El gasto de energía para mover un punto de carga en el campo eléctrico. La integral de línea. Definición de la diferencia de potencial. El campo potencial de un punto de carga. El campo potencial de un sistema de cargas. El gradiente de potencial. El dipolo eléctrico. Densidad de energía en el campo electrostático. 4. CONDUCTORES Y DIELÉCTRICOS / 4 HORAS Corriente y densidad de corriente. Continuidad de la corriente. Conductores metálicos. Propiedades del conductor y condiciones de frontera. El método de imágenes. Semiconductores. La naturaleza de los materiales dieléctricos. Condiciones de frontera para materiales dieléctricos perfectos. 5. CAPACITANCIA / 4 HORAS Definición. Capacitor de platos paralelos. Varios ejemplos de capacitancia. Usando lops esquemas de campo para estimar la capacitancia en problemas de dos dimensiones. Ecuación de Poisson y su solución: la capacitancia de la juntura p-n. La ecuación de Laplace y su solución. 6. EL CAMPO MAGNÉTICO ESTACIONARIO / 4 HORAS La ley de Biot-Savart. La ley circuital de Ampere. El rotacional. El teorema de Stokes. El flujo magnético y la densidad de flujo magnético. Potencial magnético escalar y vectorial. Derivación de las leyes del campo magnético estacionario. 7. FUERZAS MAGNÉTICAS, MATERIALES E INDUCTANCIA / 4 HORAS Fuerza sobre una carga en movimiento. Fuerza en un elemento diferencial de corriente. Fuerza entre elementos diferenciales de corriente. Fuerza y torque en un circuito cerrado. La naturaleza de los materiales magnéticos. Magnetización y permeabilidad. Condiciones de frontera magnéticas. El circuito magnético.

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Energía potencial y fuerzas en materiales magnéticos. Inductancia e inductancia mutua. 8. CAMPOS VARIANTES CON EL TIEMPO Y ECUACIONES DE MAXWELL / 4 HORAS La ley de Faraday. Corriente de desplazamiento. Ecuaciones de Maxwell en forma de punto. Ecuaciones de Maxwell en forma integral. Potenciales retardados. 9. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN / 4 HORAS Descripción física de la propagación en las líneas de transmisión. Ecuaciones de la línea de transmisión. Propagación sin pérdidas. Propagación sin pérdidas de voltajes senoidales. Análisis complejo de ondas senoidales. Ecuaciones de la línea de transmisión y sus soluciones en forma fasorial. Propagación con pérdidas pequeñas. Transmisión de potencia y el uso de decibeles para la caracterización de las pérdidas. Reflexión de ondas y discontinuidades. Relación de onda estacionaria de voltaje. Líneas de transmisión de longitud finita. Ejemplos de líneas de transmisión. Métodos gráficos: la carta de Smith. Análisis transitorio. 10. LA ONDA PLANA UNIFORME / 4 HORAS Propagación de la onda en el espacio libre. Propagación de la onda en dieléctricos. Teorema de Poynting y potencia de propagación. Propagación en buenos conductores: el efecto películar o de Kelvin. Polarización de onda. 11. REFLEXIÓN DE ONDAS PLANAS Y DISPERSIÓN / 4 HORAS Reflexión de ondas planas uniformes e incidencia normal. Relación de onda estacionaria. Reflexión de onda desde múltiples interfaces. Propagación de onda plana en cualquier dirección. Reflexión de onda plana en ángulos de incidencia oblicua. Reflexión total y transmisión total de ondas incidentes oblicuamente. Propagación de onda en un medio dispersivo. Ensanchamiento de pulso en medios dispersivos. 12. ONDAS GUIADAS / 4 HORAS Campos de línea de transmisión y constantes primarias. Operación básica de guías de onda. Análisis de la onda plana de la guía de onda de platos paralelos. Análisis de la guía de platos paralelos usando la ecuación de la onda. Guía de onda rectangular. Guía de onda con dieléctricos planos. Fibra óptica. 13. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y ANTENAS / 4 HORAS Principio de radiación básico. Especificaciones de una antena. Dipolo magnético. Antenas de cable delgado. Arreglo de dos elementos. Arreglo lineal uniforme. Antenas y receptores. V. PRACTICAS DE AULA (SIMULACIÓN EMPLEANDO CAE) 1. Aplicación de la ley de Coulomb. 2. Aplicación de la ley de Gauss. 3. Diseño de capacitancias y soluciones de las ecuaciones de Poisson y de Laplace.

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4. Aplicaciones de la ley de Biot-Savart, la ley circuital de Ampere y el teorema de Stokes. 5. Aplicaciones de la ley de Faraday y de las ecuaciones de Maxwell.. 6. Diseño de líneas de transmisión y la carta de Smith. 7. Propagación de ondas y el teorema de Poynting. 8. Cálculo de guías de onda. 9. Cálculo de antenas. VI. METODOLOGIA Sesiones de teoría Clases en aula, mezclando presentaciones PowerPoint, desarrollo de problemas en pizarra con presentación de casos; empleo intensivo de software CAE y formulación de preguntas y ejercicios para que los alumnos intervengan. Sesiones de Exámenes Se toma un EP (Examen Parcial) escrito y un EF (Examen Final) escrito. Sesiones de Prácticas Calificadas de Aula PCA Se toman tres prácticas de aula. El promedio PCA sale de las dos mayores notas de las tres. VII. FÓRMULA DE EVALUACIÓN Sistema de Evaluación “I”. El Promedio Final PF se calcula tal como se muestra a continuación: PF = (1 EP + 1 EF + 2 PCA) /4 EP: Examen Parcial EF: Examen Final PCA: Promedio de Prácticas Calificadas de Aula VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Hayt William Hart and Buck John A, Engineering Electromagnetics, 8th Edition, McGraw-Hill, 2012. 2. Sadiku Matthew N O, Elements of Electromagnetics, 5th Edition, Oxford University Press, 2010.

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IX. APORTE DEL CURSO AL LOGRO DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIANTE El curso aporta al logro de los siguientes Resultados del Estudiante: K: Aporte

R: Relacionado

N: No trabaja el Resultado

Resultados del Estudiante Diseño en Ingeniería Solución de Problemas

Aplicación de las Ciencias Experimentación y Pruebas Práctica de la Ingeniería Moderna Impacto de la Ingeniería Gestión de Proyectos Conciencia Ambiental Aprendizaje Durante Toda la Vida Ética y Responsabilidad Profesional

Diseña sistemas eléctricos que satisfacen requerimientos y necesidades, así como restricciones y limitaciones dadas. Identifica, diagnostica, formula y resuelve problemas usando las técnicas, métodos, herramientas y normas en el dominio de la ingeniería eléctrica. Aplica los conocimientos y habilidades en matemáticas, ciencias e ingeniería para la solución de problemas de ingeniería eléctrica. Formula y conduce experimentos y pruebas, analiza datos e interpreta resultados Usa las herramientas y técnicas modernas de la ingeniería necesarias para la práctica profesional. Comprende el impacto que las soluciones de ingeniería eléctrica tienen sobre las personas y el entorno en un contexto local y global. Planifica y gestiona proyectos de ingeniería eléctrica con criterios de calidad, eficiencia y rentabilidad. Considera la importancia de la preservación y mejora del medio ambiente en el desarrollo de sus actividades profesionales. Reconoce la importancia del aprendizaje continuo para permanecer vigente y actualizado en su campo de desarrollo profesional. Asume responsabilidad por los proyectos y trabajos realizados y evalúa sus decisiones y acciones desde una perspectiva ética.

Contribución

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Está informado de los acontecimientos Asuntos Contemporáneos nacionales y mundiales más relevantes.

Comunicación

Trabajo en Equipo

Se comunica de manera clara y convincente en forma oral, escrita y gráfica según los diferentes tipos de interlocutores o audiencias. Reconoce la importancia del trabajo en equipo y se integra y participa en forma efectiva en equipos multidisciplinarios de trabajo.

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