Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
ELECTROMAGNETISMO Y MEDIOS DE TRANSMISION	ING.ELECT.ORIENT.SIST.DIGIT.	13/08	2010	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
ROMA, FEDERICO JOSE	Prof. Responsable	JTP Exc	40 Hs
OROZCO, DARIO MAXIMILIANO	Prof. Colaborador	P.Adj Semi	20 Hs
NUÑEZ MANQUEZ, ALEJANDRO ENRIQ	Responsable de Práctico	JTP Exc	40 Hs

El conocimiento de la teoría de los campos electromagnéticos es una herramienta fundamental para comprender los fenómenos sobre los cuales funcionan los dispositivos eléctricos, electrónicos, optoelectrónicos, ópticos, electroópticos, magnetoópticos, etc. Además constituye la base física del desarrollo de nuevas tecnologías en las áreas relacionadas a la electrónica u optoelectrónica como son las comunicaciones, desarrollo de semiconductores, nanoelectrónica, sistemas de transmisión de datos etc.

Que el alumno sea capaz de comprender los principios de la teoría electromagnética, así como los fenómenos de generación y propagación de ondas electromagnéticas en el espacio vacío, en los diferentes tipos de materiales y en los medios de transmisión.

Unidad 1: Teoría de campo
Campos escalares y vectoriales. Sistema de coordenadas generalizadas. Representación de campos. Diferenciación e integración de campos vectoriales. Definición de gradiente, divergencia y rotacional. Operador Laplaciano. Derivada total y convectiva. Teoremas importantes de la teoría de campos. Identidades vectoriales.

Unidad 2: Ecuaciones de Maxwell
Distribución de cargas eléctricas y de corrientes. Fuerza de Lorentz. Ecuaciones de Maxwell para el espacio vacío. Forma integral y diferencial. Ecuación de continuidad. Ecuaciones de Maxwell para una excitación armónica compleja. Conductividad eléctrica (modelo de Drude). Polarización eléctrica. Polarización magnética. Ecuaciones de Maxwell para medios materiales. Condiciones de frontera. Unidades de las cantidades electromagnéticas.

Unidad 3: Campos electrostáticos y magnetostáticos
Ecuaciones de Maxwell para el caso estático. Potencial escalar eléctrico. Capacidad. Energía del campo electrostático. Ecuaciones de Poisson y Laplace. Problemas con valores en la frontera. Método de las imágenes. Método de los cuadrados curvilíneos. Elementos finitos. Desarrollo multipolar del potencial eléctrico. Ley de Biot y Savart. Potencial vectorial magnético. Energía magnética y autoinductancia.

Unidad 4: Ondas electromagnéticas
Ecuación de onda electromagnética. Aspectos generales. Solución general para ondas planas y esféricas. Teorema de Poynting. Polarización de una onda. Ondas electromagnéticas en regiones conductoras. Parámetros de onda. Clasificación de los medios conductores. Ondas monocromáticas y cuasimonocromáticas. Coherencia. Velocidades de fase y de grupo. Espectro de las ondas electromagnéticas.

Unidad 5: Reflexión y transmisión de ondas electromagnéticas
Reflexión de onda plana en un conductor perfecto. Reflexión y transmisión para dos o más regiones con pérdidas. Solución en términos del coeficiente de reflexión y la impedancia de onda. Carta de Smith, construcción y características. Ondas estacionarias (ROE). Incidencia oblicua. Concepto de reflexión total interna. Reflexión de una onda en tierra y en la ionosfera.

Unidad 6: Guías de onda
Tipos de medios de transmisión. Modos de propagación en ondas electromagnéticas TE, TM y TEM. Relaciones generales para los modos TE, TM y TEM. Guías de onda. Soluciones para los modos TM y TE en guías de ondas rectangulares. Frecuencia de corte y modo dominante. Dispersión en guías de ondas. Características constructivas de las guías de onda. Formas de excitar o de extraer señal de una guía de onda rectangular. Circuitos equivalentes de guías de onda para los modos TM y TE.

Unidad 7: Líneas de transmisión
Tipos de líneas de transmisión, características constructivas. Propagación de ondas TEM en una línea de transmisión de dos conductores. Modelo general y ecuaciones diferenciales de línea. Análisis de líneas de transmisión. Soluciones gráficas usando la carta de Smith. Expresiones analíticas para la impedancia de líneas. Acoplamiento de impedancia con transformador de cuarto de longitud onda y stubs en forma analítica y en forma gráfica usando la carta de Smith. Propagación de ondas no sinusoidales en líneas sin pérdidas. Transmisión en fibras ópticas. Apertura numérica. Modos de propagación. Dispersión en una fibra óptica. Reducción de la dispersión modal. Fibras de índice gradual. Fibras de índice escalonado monomodo y multimodo.

Unidad 8: Radiación electromagnética y antenas
Potenciales retardados. Campos de cargas puntuales en movimiento. Solución de la ecuación de onda inhomogénea. Radiación del un dipolo eléctrico oscilante. Campos de radiación de una antena lineal alimentada al centro. Potencia de radiación. Antena de onda progresiva. Patrón de radiación. Ganancia. Ganancia directiva y directividad. Eficiencia. Longitud efectiva. Área efectiva. Impedancia característica de antena. Ancho de banda. Fórmula de Friis. Atenuación del espacio libre. Arreglos lineales y matriciales de antenas.

Los trabajos prácticos serán en total diez (10) y cada uno consistirá en la realización de una guía de preguntas y problemas. Los seis (6) primeros se corresponderán con las seis primeras unidades de la materia y los restantes cuatro (4) se repartirán en dos para realizar ejercicios de la unidad 7 y dos para la unidad 8.

Para obtener la calificación de regular los alumnos deberán cumplir con los siguientes requisitos:
1) Aprobar la totalidad de los trabajos prácticos. Para aprobar un trabajo práctico se requerirá la presentación dentro del plazo indicado por la cátedra de un informe con la resolución de las preguntas y problemas del mismo, y que al menos el 70% de los ejercicios estén realizadas correctamente.
2) Aprobar dos exámenes parciales. Cada parcial incluirá preguntas y problemas similares a los dados en los trabajos prácticos. Cada parcial tiene una sola recuperación.

El examen final será oral y consistirá en la defensa de dos unidades, las cuales serán elegidas al azar entre la unidades 2 y 8 (se excluye la unidad 1 ya que es una unidad revisión e introductoria a la teoría de campo).

Los alumnos libres que deseen aprobar la signatura deberán cumplir con los siguientes requisitos:
1) Aprobar un examen escrito con problemas y preguntas de los cuatro últimos trabajos prácticos. El puntaje de aprobación será en este caso del 75% del total.
2) Una vez que ha sido aprobado este examen se pasará a la evaluación teórica la cual consistirá en el desarrollo de todos los temas que el jurado crea conveniente evaluar. Ante una respuesta satisfactoria del alumno se le dará por aprobada la asignatura.

[1] Teoría Electromagnética. Campos y Ondas. Carl T. A. Johnk (Editorial Limusa, 1999).
[2] The classical electromagnetic field. Leonard Eyges, ( Dover, 1972).
[3] Fundamentos de la teoría electromagnética. John R. Reitz, Frederick J. Milford y Robert W. Christy (Addison-Wesley, 1984).
[4] Classical Electrodynamics. John D. Jackson (John Wiley and Sons, 1999).
[5] Líneas de transmisión. Rodolfo Neri Vela (Mc Graw Hill, 1999).
[6] Sistemas de trasmisión. Salmeron Dominguez. (Ed. Trillas, 2000).

[1] Applied Electromagnetism. Liang Chi Shen and Jin Au Kong (PWS publishing Company, 1999, third edition).
[2] Campos y Ondas. Alonso – Finn (Editorial Limusa)
[3] Ondas electromagnéticas y sistemas radiantes. Edward C. Jordan-Keith and G.Balmain.
[4] Introduction to Electrodynamics. David J. Griffiths (Prentice Hall, 1999).
[5] The Feynman Lectures on Physics. Richard P. Feynman, Robert B. Leighton and Matthew Sands (Addison-Wesley, 1977).
[6] Radiación electromagnética y antenas. Jorge R. Sosa Pedroza (Limusa, 1991),
[7] Electromagnetic Waves and Antennas. S. J. Orfanidis (Rutgers University, 1999).

 

Revisión del concepto físico y matemático de campo. Ecuaciones de Maxwell. Campos Electrostáticos y magnetostáticos. Ondas Electromagnéticas. Reflexión y Transmisión de Ondas. Radiación Electromagnética. Teoría general de las líneas de transmisión. Guías de onda. Antenas. Transmisión en Fibras Ópticas.