UNLP
Planilla de Actividades Curriculares
Código: E1202
Electromagnetismo Aplicado
Última Actualización de la Asignatura: 15/11/2017

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CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA

Carrera Plan Carácter Cantidad de Semanas Año Semestre
03023 - Ingeniería Electricista 2018 Obligatoria
Totales: 0
Clases: 0
Evaluaciones: 0
3ro
-

CORRELATIVIDADES

CORRELATIVIDADES
Ingeniería Electricista - Plan 2018
PARA PROMOCIONAR
(E1204) Análisis de Circuitos

INFORMACIÓN GENERAL 

Datos Generales

Área: Basica

Departamento: Electrotecnia

Tipificación: Tecnologicas Basicas (TB)

Ingeniería Electricista - 2018 plegar-desplegar

CARGA HORARIA

HORAS CLASE
TOTALES: 96hs SEMANALES: 6 hs
TEORÍA
48.0 hs
PRÁCTICA
48.0 hs
TEORÍA
3 hs
PRÁCTICA
3 hs

FORMACIÓN PRÁCTICA
Formación Experimental
4.0 hs
Resol. de Problemas abiertos
0.0 hs
Proyecto y Diseño
0.0 hs
PPS
0.0 hs

TOTAL COMPUTABLES HORAS DE ESTUDIO ADICIONALES A LAS DE CLASE (NO ESCOLARIZADAS)

96.0 hs


0.0 hs


PLANTEL DOCENTE

Jefe de Trabajos Prácticos -  
Ing.Barbero, Santiago

Ayudante Diplomado -  
Ing.Pardo, Julia

OBJETIVOS

Introducir las nociones básicas y herramientas relacionadas al uso de magnitudes electromagnéticas en problemas tecnológicos. Desarrollar manejo operativo y práctico de las mismas para la resolución e interpretación de fenómenos y dispositivos utilizados en la ingeniería Eléctrica, Electrónica y en Telecomunicaciones. Contemplar el tratamiento de materiales dieléctricos y magnéticos. Afianzar la interpretación física de la propagación y la radiación electromagnética y sus parámetros característicos, introduciendo sus aplicaciones técnicas como vehículo de energía y/o de información. Presentar los aspectos ambientales y de seguridad más relevantes vinculados a los mismos.

PROGRAMA SINTÉTICO

Electrostática en el vacío y en medios materiales. Conducción de corrientes estacionarias. Ley de Ohm microscópica. Cálculo de parámetros en distintas configuraciones geométricas. Campo magnético estático. Materiales magnéticos. Ley de Faraday. Ecuación de difusión en medios conductores. Ecuaciones de Maxwell. Ondas Electromagnéticas. Reflexión y Refracción. Vector de Poynting. Líneas de Transmisión. Guías de Ondas. Radiación y Antenas. Aspectos ambientales y de seguridad relacionados con los campos electromagnéticos en distintas bandas de frecuencia.

PROGRAMA ANALÍTICO 

Año: 2018, semestre: 1

Vigencia: 14/08/2017 - Actualidad

Tema 1. Introducción. Conceptos de "campo" en la Física. Campos escalares y campos vectoriales. Elementos del análisis vectorial divergencia, rotacional y gradiente. Ejemplos físicos. Teoremas fundamentales del análisis vectorial relativos a los campos Gauss, Stokes, etc. Su significación física. Coordenadas de referencia: cartesianas, cilíndricas, esféricas.
Tema 2. Electrostática. Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Potencial electrostático. Ley de Gauss. Dipolo eléctrico. Ecuaciones de Poisson y Laplace. Unicidad de solución. Líneas de campo y líneas equipotenciales. Ortogonalidad. Aislantes y conductores. Cargas lineales, superficiales y volumétricas. Resolución de campo en configuraciones de alta simetría: esférica, cilíndrica. Planteos analíticos. Método de las imágenes. Potencial de cilindros paralelos. Sistemas de varios conductores. Coeficientes de potencial. Coeficientes de Capacidad. Campo electrostático. Descripción del modelo de materiales dieléctrico. Polarización. Ecuación constitutiva. Condiciones de contorno. Fuerza y energía en el campo electrostático.
Tema 3. Conducción. Corrientes estacionarias. Naturaleza de la corriente eléctrica. Ecuación de continuidad. Conductores imperfectos. Ley de Ohm. Resistencia. Leyes de Kirchoff. Introducción a los circuitos eléctricos. Disipación de energía en el campo de corrientes de conductores imperfectos. Concepto de campo eléctrico no conservativo y campo eléctrico efectivo. Comparación con el campo electrostático. Analogía entre el campo de corrientes estacionarias sin fuentes de fem y el campo electrostático. Resolución de problemas de conducción eléctrica por analogía con los electrostáticos correspondientes.
Tema 4. Campo magnético de corrientes estacionarias (Magnetostática). Fuerza magnética sobre una carga eléctrica en movimiento. Fuerza de Lorentz. Definición de inducción magnética. Concepto de corriente elemental. Ley de Ampere. Ley de Biot Savart. El potencial vectorial magnético. Su utilización en la resolución de campos magnéticos. Materiales magnéticos. Vector Polarización magnética. Ecuación constitutiva. Condiciones de contorno. Ferromagnetismo; alinealidad e histéresis. Imanes permanentes. Introducción a los circuitos magnéticos. Analogías con los circuitos eléctricos.
Tema 5. Corrientes lentamente variables. Fundamentos del campo electromagnético. Inducción electromagnética. Ley de Faraday. Autoinductancia e inductancia mutua. Fem de transformación y de movimiento. Corrientes inducidas. Energía de un sistema de corriente estacionaria. Campos variables en el tiempo en conductores. Ecuación de Difusión. Propiedades de los materiales conductores resistivos y magnéticos en un campo electromagnético cuasiestacionario. Corrientes de Foucault Ecuaciones de Maxwell. Corrientes de desplazamiento. Continuidad de la corriente eléctrica. Vinculación de la teoría de campos con la teoría de circuitos. Expresión generalizada de las leyes de Kirchoff.
Tema 6. Ondas electromagnéticas. Ondas planas y esféricas en medios homogéneos. Solución de las ecuaciones de Maxwell para el espacio libre. Campo eléctrico y magnético. Polarización. Propagación en un medio conductor y en un dieléctrico. Energía del campo electromagnético. Vector de Poynting. Interpretación del flujo de energía en los circuitos. Ejemplos técnicos típicos. Potencia y vector de Poynting. Reflexión y refracción de ondas planas. Condiciones de contorno. Reflexiones en un conductor y en un dieléctrico.
Tema 7 Líneas. Ecuaciones fundamentales. Casos típicos. Parámetros por unidad de longitud. Impedancia característica. Impedancia de entrada de una línea cargada. Adaptación. Coeficientes de Reflexión. Relación de Onda estacionaria (ROE). Guías de onda. Propagación entre dos planos paralelos. Modo de propagación. Velocidades de fase y de grupo. Frecuencia de corte.
Tema 8. Potenciales electrodinámicos. Radiación. Dipolo de Hertz. Deducción de las ecuaciones de campo eléctrico y magnético. Zona lejana y cercana. Antena Corta. Dipolo de media longitud de onda. Potencia de irradiación. Polarización. Impedancia de irradiación. Representación polar del campo eléctrico. Diagrama de irradiación. Directividad
Tema 9. Efectos en la salud de los campos Electromagnéticos. Campos estáticos. Frecuencias extremadamente bajas (FEB). Radio Frecuencias (RF). Corrientes Inducidas. Tensiones de Paso y de Contacto FEB. Absorción de energía radiada (RF). Límites de Exposición, público en general y ocupacional.

BIBLIOGRAFÍA

Año: 2018, semestre: 1

Vigencia: 14/08/2017 - Actualidad

• Hammond. Electromagnetismo Aplicado. Editorial Labor. Barcelona, 1976. (Separata en el CEILP)
• Reitz y Milford. Fundamentos de la teoría electromagnética. Uthea. México, 1969.
• Netushil y Polivanov. Principios de Electrotecnia. Tomo III: Teoría del campo electromagnético. Ed. Nuestro Tiempo. Buenos Aires, 1965.
• Skilling. Los fundamentos de las ondas eléctricas. Librería del Colegio. Buenos Aires,1967.
• Krauss. Electromagnetismo. 3ª Ed. (1ª en español). McGraw Hill. México, 1986.(Biblioteca)
• Feynman et all. Física. Vol.II: Electromagnetismo y materia. Edición Bilingüe. Fondo Educativo Interamericano, 1973.
• Ramo, Whinnery y Van Duzer. Fields and waves in communication electronics. John Wiley. New York, 1975.
• Panofsky y Phillips. Classical electricity and magnetism. Addison Wes-ley, 1955.
• Skitek y Marshall. Electromagnetic concepts and applications. Pren-tice-Hall, 1982.
• David Cheng. Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería. Editorial Addison Wesley Iberoamericana 1997.
• M. Sadiku. Elementos de Electromagnetismo. Editorial CECSA. México 1998.
• Angel Cardama Aznar. LLuis Jofre Roca. Juan Manuel Ruis Casals. Jordi Romeu
• Robert . Sebastian Blanch Boris,Universidad de Catalunya. Miguel Ferrando Bataller
• Universidad Politecnica de Valencia. Antenas. 2ª Edición. Alfaomega septiembre 2004.
• Rajeev Bansal. Fundamentals of Engineering Electromagnetics. CRC Press May 25 2006.
• Ley 19587 -1972: Higiene y Seguridad en el Trabajo
• Resolución Secretaría de Energía 77 / 1998
• ICNIRP 1998: “Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)”.
• IARC.Monographs Vol 80. Static and extremely low-frequency (ELF) electric and magnetic fields. 2002
• IEEE Std. C95.6 – 2002, “IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Electromagnetic Fields, 0-3 kHz”.
• Resolución 295 / 2003 Ministerio de trabajo, empleo y seguridad social
• ICNIRP 2009: “Guidelines on Limits of Exposure to Static Magnetic Fields”.
• IEEE Std. C95.7-2005: IEEE Recommended Practice for Radio Frequency Safety Programs, 3 kHz to 300 GHz
• ICNIRP 2010: “Guidelines for Limiting Exposure to Time-varying Electric And Magnetic Fields (1 Hz to 100 kHz)”
• IARC. Monographs Vol 102. Non-ionizing radiation, part 2: radiofrequency electromagnetic fields. 2013
• ICNIRP 2014: Guidelines for Limiting Exposure to Electric Fields Induced by Movement of the Human Body in a Static Magnetic Field and by Time-Varying Magnetic Fields below 1 Hz.

ACTIVIDADES PRÁCTICAS


Dadas las características de la asignatura, las actividades prácticas basan en la resolución de problemas. Se trata de enfocar los contenidos a problemas reales de ingeniería que se encuentran divididos en doce módulos de cuatro horas de duración cada uno.

METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA

El desarrollo del curso se basa en los conocimientos elementales de Electricidad y Magnetismo impartidos en Física II, enfocados con el formalismo del análisis vectorial y haciendo permanente referencia a las relaciones macroscópicas versus microscópicas (fenomenología "medible"/ expresión diferencial).
Los problemas de la ejercitación se eligen de tal modo que, aún presentando alto grado de simetría y sencillez necesaria para hacerlos accesibles al nivel del curso, respondan a modelos relativamente simplificados de casos de aplicación tecnológica realista.
En ciertos casos es conveniente ilustrar los principios fundamentales que se exponen por medio de "experiencias demostrativas".
Estas experiencias pueden diseñarse sobre la base de modelos físicos o numéricos: ej., la resolución de las ecuaciones de Laplace en forma discreta utilizando mallas de resistencias o por medio de un cálculo digital con diferencias finitas o con elementos finitos.
Además se realiza experiencias demostrativas en el laboratorio de AT de la FI-UNLP de medición de campo Eléctrico y Magnético de baja frecuencia, y medición de descarga parciales en equipamiento eléctrico, como forma de mostrar la aplicación de la teoría desarrollada.

SISTEMA DE EVALUACIÓN

El Curso está dividido en dos módulos temáticos, los cuales son desarrollados en clases teóricas y prácticas.Las clases teóricas consisten en la exposición de los temas establecidos en el programa. Las clases prácticas consisten en el desarrollo de problemas pre-seleccionados por la Cátedra, y de problemas presentados por los alumnos.Además de las clases teóricas y prácticas, se prevén horarios de consulta, en los que el alumno dispondrá de la ayuda del personal docente de la Cátedra. A los efectos de una adecuada evaluación del conocimiento de los alum-nos, se han previsto 2 (dos) evaluaciones parciales, una para cada mó-dulo en que se subdivide la materia, con 2 (dos) fechas prefijadas para cada uno, de acuerdo a la ordenanza 028 /2002 del HCD. El Alumno podrá hacer uso, en caso de requerirlo, de las dos fechas para cada módulo. Al finalizar el dictado de los dos módulos y sus correspondientes exámenes parciales, habrá una fecha adicional en la cual se podrá recuperar uno y sólo uno cualquiera de los dos módulos (a elección del alumno), de acuerdo a la Ordenanza 028/02 del HCA. Se ha adoptado como método de evaluación el Sistema Multiple Choice (Múltiples Elecciones). Cada evaluación comprenderá temas teóricos y prácticos. Se realizan 20 preguntas, cada una de ellas con varias respuestas propuestas, y solamente una válida. El alumno debe señalar (de forma clara) aquella respuesta que considere, a su juicio, correcta. A cada pregunta bien contestada, se le asignará 0,5 (medio) punto. A cada pregunta sin contestar, se le asignará 0 (cero) punto. A cada pregunta mal contestada, se le asignará -0,25 (menos un cuarto) punto. La nota mínima para aprobar una evaluación, es de 4,0(cuatro) puntos sobre un máximo de 10 (diez) puntos.Todos los alumnos que aprueben los 2 (dos) Módulos, y obtengan un promedio mayor o igual a 6 (seis) puntos entre los dos MODULOS aprobarán la materia por promoción directa. Los alumnos que obtengan una nota igual o mayor a 4,0 puntos (al menos en alguna de las fechas) en CADA MODULO, pero que en promedio no alcancen los 6(seis) puntos tendrán derecho a rendir examen final según la reglamentación vigente.

MATERIAL DIDÁCTICO

Notas de curso realizadas por personal de la cátedra. Centro de Estudiantes de Ingeniería U.N.L.P. -- Electrostática. - Representación macroscópica de las propiedades magnéticas de la materia.- Ecuaciones de Maxwell, propagación de ondas planas, y vector de Poynting. - Corrientes y campos variables con el tiempo en los conductores.- Líneas de transmisión de energía. Relación entre teoría de Campo y de circuitos.
Se publican también las filminas de las clases teóricas y prácticas, autoevaluaciones y las referencias de cada tema a la bibliografía correspondiente

ACTIVIDAD LABORATORIO-CAMPO


Actividad #1
Tema
Campos Eléctrico y Magnético 
Nombre
Medición de Campos Eléctrico y Magnético 
Laboratorio
LAT - Laboratorio de Alta Tensión (IITREE) 
Días y Horarios
Descripción


*Estas tareas son coordinadas con las actividades del IITREE, ya que las instalaciones y todos los instrumentos que se utilizan pertenecen al mencionado instituto.
Se realiza una introducción a las tareas a realizar, se describen los procedimientos de ensayos, normativa de referencia, equipamiento a utilizar y cuestiones de seguridad a considerarse durante la ejecución del laboratorio. Esto se realiza para todo el grupo, en clase y con formato de seminario, la duración es de 90 m.
En el laboratorio, se recuerdan aspectos de seguridad que deben considerarse para los distintos ensayos. Luego, se presentan los instrumentos a utilizarse, describiendo sus principales características y forma de utilización.
Se realizan mediciones de campo eléctrico, para lo cual se utiliza un capacitor de placas planas.
Se realizan medición de campo magnético, para lo cual se utiliza una bobina de Helmholtz. Además, se introducen diferentes tipos de materiales magnéticos y se evalúan los efectos en los valores de campo magnético.
Se dividen en grupos de no más de 20 alumnos..
Herramientas Utilizadas
Medición de Campo Eléctrico: Capacitor de placas planas, Transformador, Analizador y fuente de potencia de corriente alterna, Voltímetro y Medidor de campo eléctrico. Medición de Campo Magnético: Bobina de Helmholtz, Analizador y fuente de potencia de corriente alterna, Transformador, Voltímetro, Multímetro, Bobina de Rogowski, Medidor de Campo Magnético, Osciloscopio de cuatro canales.

Equipos y elementos de seguridad para esta tarea:

ANTIPARRA CARETASOLDADOR GUANTESPVC
PROTECTORFACIAL CHALECOREFLECTIVO ZAPATOSSEGURIDAD
GUANTESALGODON GUANTESCUERO GUANTESDIELECTRICOS
ANTEOJOSSEGURIDAD PROTECCIONAUDITIVA PROTECCIONRESPIRATORIA
BARBIJOSCASCOS CINTADEMARCATORIA DETECDEFOXIGENO
CONSIGNACIONEQUIPOS MATAFUEGOS ELEMENTSENIALIZACION
ARNESSEGURIDAD EQUIPOPROTECCIONCAIDA RADIOTRANSMISORRECEPTOR

Teniendo en cuenta que las dependencias de la Facultad cumplen con las normas de Seguridad e Higiene establecidas, por las características de las prácticas de laboratorio propuestas, no se requieren elementos de seguridad adicionales para los alumnos o los docentes involucrados.



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