Electromagnetismo II

É difícil sobrevalorar a importancia do Electromagnetismo na formación dun físico. É importante en si mesmo, pero tamén pola súa influencia noutras disciplinas. Por iso entendemos todas as materias obrigatorias, teóricas e experimentais, dentro da titulación do grado en Física asignadas á área de Electromagnetismo da USC, como un bloque compacto. O noso obxectivo será que ao finalizar todo este conxunto de materias, os alumnos alcancen un nivel de competencias alto nesta disciplina básica.

Entendemos ademais que, ao longo do plan de estudios del grado en Física, hai materias que necesitarán de coñecementos específicos de Electromagnetismo. Por iso trataremos de deseñar todas as nosas materias de forma que encaixen armónicamente co conxunto das materias da área pero á súa vez respondendo ás necesidades do resto de materias obrigatorias e sen solapamiento con elas.

Dentro deste contexto, o obxectivo principal desta asignatura é completar a formación do estudante, xunto á asignatura Electromagnetismo I, na formulación de Maxwell da teoría clásica do Electromagnetismo, entendendo así o significado e aplicacións das catro ecuacións de Maxwell.

En particular, en Electromagnetismo II, verase o formalismo da Magnetostática, tanto no baleiro como en presencia de materia, a lei de inducción de Faraday, as 4 ecuacións de Maxwell, así como os conceptos relacionados coa propagación de ondas electromagnéticas no baleiro e en medios condutores; e iniciarase ós estudantes na teoría de circuitos eléctricos en corrente continua e alterna.

Son obxectivos xerais deste curso:

- Alimentar a interse dos estudantes pola observación, interpretación e coñecemeento dos fenómenos físicos.
- Introducir os conceptos e métodos básicos do Electromagnetismo necesarios para a resolución de problemas de magnetostática, circuitos de corrente alterna, fenómenos de indución electromagnética e propagación de ondas electromagnéticas.

Resultados da aprendizaxe:

- Ser capaz de comprender e manexar con claridade o método e os principios básicos do Electromagnetismo, así como a terminoloxía que lle é propia.
- Saber aplicar estes coñecementos teóricos á resolución de problemas prácticos.
- Coñecer as interrelacións entre o Electromagnetismo coas distintas partes da Física, resaltando os seus principios unificadores.
- Comprender a relevancia do Electromagnetismo para a Ciencia e Tecnoloxía actuais.

1. Magnetostática:

- Cargas puntuais en movemento nunha rexión onde existen campos E e/ou B.
- Interaccións magnéticas de correntes lineais estacionarias.
- A lei de Biot e Savart: Campo producido por circuítos sinxelos.
- Propiedades do campo magnetostático. Teorema de Ampére.
- Potencial vector magnético. Dipolo magnético.

2. Medios materiais magnéticos: Estudo macroscópico.

- Vector imanación; campo magnético producido por un material imanado.
- Generalización do teorema de Ampére: o vector H.
- Inicio macroscópico á clasificación magnética da materia: diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo.
- Potencial escalar magnético.
- Os vectores H e B na fronteira dos medios.
- Circuítos magnéticos.


3. Indución electromagnética.

- Circuíto nun campo magnético: Lei de Faraday.
- Campo eléctrico.
- Sistema cuasiestacionario de intensidade: coeficientes de autoinducción e de indución mutua.
- Aplicacións.

4. Enerxía e forzas magnéticas.

- Enerxía almacenada nun campo magnético. Densidade de enerxía.
- Enerxía en función das correntes e do fluxo magnético: enerxía dun sistema de correntes.
- Forzas entre circuítos.


5. Ecuacións de Maxwell.

- Corrente de desprazamento.
- Ecuacións de propagación dos campos.
- Potenciais electrodinámicos. Potenciais retardados.
- Enerxía electromagnética: Teorema de Poynting.


6. Ondas electromagnéticas.

- Ecuación de onda. Onda plana.
- Notación fasorial: Ecuacións para variacións temporais de tipo armónico.
- Relación entre os campos eléctrico e magnético.
- Potencia transmitida. Presión da radiación.
- Propagación en medios parcialmente condutores.
- Propagación en bos condutores.
- Espectro electromagnético: Radiación ionizante e non ionizante.



7. Teoría de circuítos.

- Conexión entre teoría de circuítos e a teoría electromagnética. Leis de Kirchhoff. Límites de validez.
- Elementos dun circuíto.
- Método das mallas para a análise de redes.
- Principio de superposición.
- Potencia. Corrección do factor de potencia. Conservación da potencia.
- Transformación de fontes. Teoremas de Thévenin e Norton.
- Circuitos de parámetros distribuidos: Liñas de transmisión
- Resolución de problemas.

Bibliografía básica:

Libros de teoría:
- Edminister, Joseph A., Teoría y problemas de circuitos eléctricos, McGraw-Hill, 2ª ed, 1985 (3 B10 16).
- Feynman, R., Leighton, R. e Sands, M., Fisica, vol II (Electromagnetismo y Materia) (3 A00 19 A/2).
- Fraile Mora, Jesús, Electromagnetismo y circuitos eléctricos, McGraw-Hill, 4ª ed, 2005 (3 A41 97).
- Griffiths, D. J., Introduction to Electrodynamics, 4th ed, Prentice Hall, 2013, (3 A41 71).
- López Rodríguez, Victoriano, Electromagnetismo, Uned 2003.
- Purcell, E. M., Morin, D.J., Electricity and Magnetism, Cambridge University Press, 2013. (3 A41 129).
- Rodríguez, M., González, A., Bellver, C., Campos Electromagnéticos, 2ª ed, Ed. Universidade de Sevilla, 1999. (3 A41 61)
- Wangsness, R. L., Electromagnetic Fields, 2º ed, John Wiley and Sons, 1986. (3-A41-11A)


Libros de problemas:

- Benito, E., Problemas de Campos Electromagnéticos, Ed Ac, 1976. (3 A41 47)
- López Rodríguez, Victoriano. Problemas resueltos de Electromagnetismo, Centro de Estudos Ramón Areces, 2003. (3 A41 37)
- González, A. Problemas de campos electromagnéticos, Serie Schaum, Mc Graw Hill, 2005. (3 A41 92). (Unha moi boa colección de apuntes de teoría e problemas do mesmo autor pode ser atopada en http://laplace.us.es/campos/ )


Bibliografía complementaria:

- Costa Quintana, Juan, Interacción electromagnética: teoría clásica, Reverté, 2007 (3 A41 101).
- Cheng, David K., Fundamentos de Electromagnetismo para ingeniería, Addison-Wesley, 1997 (3 A41 73).
- Edminister, Joseph A., Electromagnetismo, McGraw-Hill, 1996 (3 A41 49).
- Popovic, B. D. Introductory Engineering Electromagnetics, Addison-Wesley, 1973. (Libro de teoría 3 A41 98 A1, Solucionario 3 A41 98 A2).
- Reitz, J. R., Milford, F. J., Christy, R. W., Fundamentos de la teoría electromagnética, Addison-Wesley, 1996. (3 A41 20)
- Zahn, M. Teoría Electromagnética, Interamericana, 1983. (3 A41 39). A versión inglesa deste libro é de libre acceso en http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6… )



Recursos na rede:

- Campos Electromagnéticos, Enxeñería Industrial, Universidade de Sevilla
( http://www.esi2.us.é/DFA/CEMI/home.htm).
- Curso de K. T. McDonald en Princeton: (http://www.physics.princeton.edu/mcdonald/examples/#ph501).
- Cursos en aberto de Física do MIT, en particular os distintos cursos de Physics II: Electricity and magnetism con diferentes enfoques: (http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/index.htm).
- Curso de S. Errede, Physics 435 UIUC: http://web.hep.uiuc.edu/home/serrede/P435/P435_Lectures.html
- Curso de S. Errede, Physics 436 UIUC: http://web.hep.uiuc.edu/home/serrede/P436/P436_Lectures.html
- Curso de Mark Jarrell, A Graduate Course on Electrodynamics LSU: http://www.phys.lsu.edu/~jarrell/COURSES/ELECTRODYNAMICS_HTML/course_EM…
- Curso de David Tong, Electromagnetim Cambridge: https://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/em.html


Recursos electrónicos a través da USC:

En PRELO:
- Electromagnetismo I, Victoriano López Rodríguez, UNED 2013.
- Electromagnetismo II, Victoriano López Rodríguez, UNED 2016.
- Teoría de circuitos y electrónica, Victoriano López Rodríguez, UNED 2013.
- Problemas resueltos de circuitos eléctricos, Victoriano López Rodríguez, UNED 2012.
En libro electrónico:
- Introduction to Electrodynamics, David J. Griffiths, 3rd Edition 2012.

Competencias

Básicas

CB1 - Que os estudantes demostren posuír e comprender coñecementos nunha área de estudo que parte da base da educación secundaria xeral, e adóitase atopar a un nivel que, aínda que se apoia en libros de texto avanzados, inclúe tamén algúns aspectos que implican coñecementos procedentes da vangarda do seu campo de estudo.
CB2 - Que os estudantes saiban aplicar os seus coñecementos ao seu traballo ou vocación dunha forma profesional e posúan as competencias que adoitan demostrarse por medio da elaboración e defensa de argumentos e a resolución de problemas dentro da súa área de estudo.
CB3 - Que os estudantes teñan a capacidade de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro da súa área de estudo) para emitir xuízos que inclúan unha reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica ou ética.

Xerais

CG1 - Posuír e comprendan os conceptos, métodos e resultados máis importantes das distintas ramas da Física, con perspectiva histórica do seu desenvolvemento.
CG2 - Ter a capacidade de reunir e interpretar datos, información e resultados relevantes, obter conclusións e emitir informes razoados en problemas científicos, tecnolóxicos ou doutros ámbitos que requiran o uso de coñecementos da Física.
CG3 - Aplicar tanto os coñecementos teóricos-prácticos adquiridos como a capacidade de análise e de abstracción na definición e formulación de problemas e na procura das súas solucións tanto en contextos académicos como profesionais.

Específicas

CE1 - Ter unha boa comprensión das teorías físicas máis importantes, localizando na súa estrutura lóxica e matemática, o seu soporte experimental e o fenómeno físico que pode ser descrito a través deles.
CE2 - Ser capaz de manexar claramente as ordes de magnitude e realizar estimacións adecuadas co fin de desenvolver unha clara percepción de situacións que, aínda que fisicamente diferentes, mostren algunha analoxía, permitindo o uso de solucións coñecidas a novos problemas.
CE5 - Ser capaz de realizar o esencial dun proceso ou situación e establecer un modelo de traballo do mesmo así como realizar as aproximacións requiridas co obxecto de reducir o problema ata un nivel manexable. Demostrará posuír pensamento crítico para construír modelos físicos.
CE6 - Comprender e dominar o uso dos métodos matemáticos e numéricos máis comunmente utilizados en Física.

Transversais

CT1 - Adquirir capacidade de análise e síntese.
CT2 - Ter capacidade de organización e planificación.

Activarase un curso na plataforma Moodle do Campus Virtual. O primeiro servirá para dotar ós alumnos do material docente necesario para o seguimento da asignatura. Asimesmo, crearase un grupo de traballo en Teams para unha comunicación remota máis eficiente entre docentes e alumnado.


A asignatura está estruturada en 4 horas de clases semanais durante o segundo cuatrimestre. Consistirán dun total de 36 horas expositivas nas que se exporán os contidos do programa, fomentando en todo momento a participación activa dos estudantes. Incluiranse nelas tamén un bo número de exemplos. Problemas adicionais serán resoltos nas 18 horas de clases interactivas. Aconséllase ós alumnos a utilización de titorías; estas poderán ser presenciais ou telemáticas, pero sempre con cita previa.

A nota será dada non só polo exame final senón tamén pola realización de actividades complementarias como a entrega de boletíns de problemas e/ou a realización de controis intermedios. A nota final será a puntuación máxima das seguintes opcións:

a) Nota do examen final.

b) 40% das actividades complementarias e 60% do exame final.

Para ter en conta a avaliación continua na nota final da asignatura, requeriráse a asistencia a un 85% das clases como mínimo.

O exame final da asignatura terá lugar na data asignada polo decanato da Facultade de Física.

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o recollido na "Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións".

Artigo 16. Realización fraudulenta de exercicios ou probas. A realización fraudulenta dalgún exercicio ou proba esixida na avaliación dunha materia implicará a cualificación de suspenso na convocatoria correspondente, con independencia do proceso disciplinario que se poida seguir contra o alumno infractor. Considerarse fraudulenta, entre outras, a realización de traballos plaxiados ou obtidos de fontes accesibles ao público sen reelaboración ou reinterpretación e sen citas aos autores e das fontes.

150 horas: 60 horas presenciais (38 horas de clases expositivas, 18 horas de clases interactivas e 4 horas de titorías), e 90 horas de traballo persoal.

O curso correspóndese cun curso de nivel medio de Electromagnetismo. Recoméndase superar previamente os cursos de Física Xeral I e II, todos os Métodos Matemáticos I a IV e Electromagnetismo I.