Guía docente de Electromagnetismo (2951133)

Curso 2022/2023
Fecha de aprobación: 20/06/2022

Grado

Grado en Matemáticas y Física

Rama

Ciencias

Módulo

Electromagnetismo

Materia

Electromagnetismo

Curso

3

Semestre

1 y 2

Créditos

12

Tipo

Obligatoria

Profesorado

Teórico

  • Salvador González García. Grupo: A
  • Miguel David Ruiz-Cabello Núñez. Grupo: A

Tutorías

Salvador González García

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  • Lunes de 14:00 a 16:00 (Desp. 105, 2ª Planta)
  • Martes de 14:00 a 16:00 (Desp. 105, 2ª Planta)
  • Jueves de 14:00 a 16:00 (Desp. 105, 2ª Planta)

Miguel David Ruiz-Cabello Núñez

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  • Primer semestre
    • Lunes de 18:00 a 21:00 (Desp. 110, 2ª Planta)
    • Martes de 18:00 a 21:00 (Desp. 110, 2ª Planta)
  • Segundo semestre
    • Lunes de 10:00 a 13:00 (Desp. 110, 2ª Planta)
    • Viernes de 10:00 a 13:00 (Desp. 110, 2ª Planta)

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Se recomienda haber cursado los módulos completos de Fundamentos de Física y de Métodos Matemáticos y la asignatura “Circuitos Eléctricos: Teoría e Instrumentación”

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Grado)

  • Electrostática y magnetostática. Inducción electromagnética. Electromagnetismo en medios materiales. Ecuaciones de Maxwell. Ondas electromagnéticas.
  • Técnicas experimentales de Electromagnetismo.

Competencias

General competences

  • CG01. Capacidad de análisis y síntesis
  • CG02. Capacidad de organización y planificación
  • CG03. Comunicación oral y/o escrita
  • CG05. Capacidad de gestión de la información
  • CG06. Resolución de problemas
  • CG07. Trabajo en equipo
  • CG08. Razonamiento crítico
  • CG09. Aprendizaje autónomo

Competencias Específicas

  • CE01. Conocer y comprender los fenómenos y las teorías físicas más importantes.
  • CE02. Estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos.
  • CE04. Medir, interpretar y diseñar experiencias en el laboratorio o en el entorno
  • CE07. Trasmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes.
  • CE09. Aplicar los conocimientos matemáticos en el contexto general de la física.

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

  • Conocer la descripción de campos electromagnéticos generados por cargas y corrientes y la acción de campos sobre cargas.
  • Saber utilizar las ecuaciones de Maxwell en su forma diferencial e integral.
  • Conocer los principios, técnicas de análisis e instrumentos de medida, y los fenómenos experimentales en Electromagnetismo.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

Tema 0: Herramientas matemáticas
1.1. Campos escalares y vectoriales
1.2. Gradiente
1.3. Divergencia y teorema de la divergencia
1.4. Rotacional y teorema de Stokes
1.5. Representación gráfica de los campos
1.6. Coordenadas curvilíneas ortogonales
1.7. Delta de Dirac
1.8. Teorema de Helmholtz
1.9. Clasificación de los campos según sus fuentes

Tema 1: Electrostática en el vacío
1.1. Densidad de carga y corriente eléctrica
1.2. Conservación de la carga: corrientes estacionarias
1.3. Ley de fuerzas de Lorentz: movimiento de cargas en campos
1.4. Invarianza Galileana de los campos
1.5. Ley de Coulomb
1.6. Fuentes del campo electrostático: Potencial eléctrico
1.7. Ecuaciones de Poisson y Laplace
1.8. Energía potencial
1.9. Conductores perfectos: capacidad de un sistema
1.10. Estructuras simples de campo eléctrico

Tema 2: Magnetostática en el vacío
2.1. Ley de Biot-Savart
2.2. Fuerza entre corrientes
2.3. Fuentes del campo magnetostático: Potencial vector
2.4. Estructuras simples de campo magnético

Tema 3: Electrodinámica
3.1. Fuerza electromotriz
3.2. Ley de inducción de Faraday
3.3. Ley de inducción para caminos en movimiento
3.3. Inductancia
3.4. Corriente de desplazamiento en el vacío
3.5. Potenciales del campo electromagnético: Gauge
3.6. Ecuaciones de Maxwell en el vacío
3.7. Energía y momento del campo electromagnético: vector de Poynting

Tema 4: Ecuaciones de Poisson y Laplace
4.1 Ecs. Poisson y Laplace
4.2 Teoremas de unicidad
4.3 Solución general: Función de Green
4.4 Método de las imágenes
4.5 Solución analítica ecuación de Laplace en cartesianas, cilíndricas y esféricas

Tema 5: Desarrollo multipolar
5.1. Expansión multipolar de una distribución estática de carga
5.2. Momentos monopolar, dipolar, cuadrupolar eléctricos: multipolos puntuales
5.3. Energía de interacción de dipolos eléctricos con un campo externo
5.4. Dipolo: fuerza y momento de un dipolo eléctrico en un campo externo
5.5. Polarización
5.6. Expansión multipolar de una distribución de corriente estacionaria
5.7. Momentos monopolar, dipolar magnéticos: dipolo puntual magnético
5.8. Energía, Fuerza y momento de un dipolo magnético en un campo externo
5.9. Potencial magnético escalar
5.10. Imanación

Tema 6: Campo electromagnético y materia
6.1. Polarización eléctrica y magnetización
6.2. Cargas y corrientes de polarización
6.3. Corrientes y cargas de magnetización
6.4. Vectores desplazamiento eléctrico D, e intensidad magnética H
6.5. Susceptibilidad y constante dieléctrica. Clasificación de los medios dieléctricos
6.6. Susceptibilidad y permeabilidad. Clasificación de los medios magnéticos
6.7. Ley de Gauss en dieléctricos
6.8. Ley de Ampere para medios magnéticos
6.9. Medios conductores: Ley de Ohm
6.10. Relajación en medios conductores
6.11. Conductores estáticos. Resistencia
6.12. Condiciones de continuidad en discontinuidades abruptas
6.13. Sistemas acoplados eléctricos y magnéticos
6.14. Teorema de Poynting, energía y fuerza en medios materiales en estática

Tema 7: Ecuaciones de Maxwell: ondas electromagnéticas
7.1. Ecuaciones de Maxwell en la materia
7.2. Ondas planas: soluciones retardadas en en el dominio del tiempo
7.3. Potenciales retardados
7.4. Radiación de partículas aceleradas
7.5. Ondas planas en medios dispersivos: dominio de la frecuencia
7.6. Velocidades de fase y de grupo
7.7. Incidencia normal

Práctico

Los alumnos asistirán a un total de 10 sesiones de 3 horas de duración durante el segundo semestre (30 horas presenciales). Dichas sesiones, que se impartirán en el  laboratorio de Electromagnetismo de la tercera planta de Físicas, se organizarán como:

Sesión 1: Introducción al laboratorio.
Sesiones 2 a 8: Realización de un total de 7 prácticas de laboratorio seleccionadas del listado siguiente:
Práctica 1: Problemas de potencial: Analogía con corrientes estacionarias.
Práctica 2: Ley de Faraday para campos variables con el tiempo
Práctica 3: Campo magnético creado por carretes de Helmhotlz
Práctica 4: Componente horizontal del campo magnético terrestre.
Práctica 5: Ciclo de histéresis.
Práctica 6: Fuerza de campos magnéticos sobre corrientes.
Práctica 7: Ley de Faraday para caminos en movimiento: Disco de Faraday
Práctica 8: Condensador de placas paralelas
Práctica 9: Ley de Faraday para caminos en movimiento: Péndulo con bobina.
Práctica 10: Experimento de Millikan.
Práctica 11: Ley de Coulomb,
Sesión 9: Sesión de recuperación
Sesión 10: Sesión de evaluación.

Será obligatoria la asistencia a las sesiones 1 a 8 pero puede utilizarse la sesión 9 para recuperar alguna falta justificada. La sesión de evaluación estará dedicada a los alumnos que no hayan superado la parte práctica de la asignatura mediante la entrega de los cuadernos de prácticas.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  • Bernardo García Olmedo, “Fundamentos de Electromagnetismo, Universidad de Granada, 2006. (online via https://prado.ugr.es)
  • R.P. Feynman, Leighton, Sands, ”Feynman Fisica, vol II. Electromagnetismo y Materia,” Addison-Wesley Iberoamericana Wilmingon, Delaware (1987)
  • Andrew Zangwill, Modern Electrodynamics, Cambridge University Press, 2013
  • J.R. Reitz, F.J. Milford, R.W. Christy, “Fundamentos de la teoría electromagnética, “ Addison Wesley, 1996 (4ª Ed)
  • David J Griffiths, “Introduction to Electrodynamics, “Addison Wesley, 1999 (3ª Ed.)

Bibliografía complementaria

  • J.D. Jackson, “Classical Electrodynamics”, John Wiley & Sons, 1999 (3ª Ed.) (“Electrodinámica Clásica”, Alhambra,1980 (2ª Ed.))
  • M. R. Danta, C. B. Cebreros, A. G. “Campos Electromagnéticos, “, Publicaciones de la Universidad de Sevilla, 1999 (2ª Ed.)
  • P. Lorrain, D. Corson, “Campos y ondas electromagnéticos,” Selecciones Científicas, 1994
  • E. Benito, “Problemas de campos electromagnéticos,” Editorial AC, 1985.
  • J. A. Edminister, “Teoría y problemas de electromagnetismo,” McGraw-Hill, 1985
  • J. F. Oria, V. Compañ, “Problemas sobre el campo electromagnético,” ECIR, 1990.
  • V. López Rodriguez, “Problemas resueltos de electromagnetismo, “ Ed. Centro de Estudios Ramón Areces, 1998 (2ª Ed.)

Enlaces recomendados

Metodología docente

  • MD01. Lección magistral/expositiva 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final)

Evaluación Ordinaria

Evaluación continua:


Los estudiantes realizarán dos exámenes parciales eliminatorios sobre los contenidos teóricos y problemas de la asignatura. La parte práctica de la asignatura se realizará mediante la revisión de los guiones de laboratorio, y la evaluación continua durante las sesiones. Para superar la asignatura mediante evaluación continua deben superarse por separado ambos exámenes parciales de la parte de teoría+problemas y la parte práctica de la asignatura, calculándose la calificación final de la siguiente manera:

  • Exámenes de teoría, 20% de la calificación.
  • Exámenes de problemas, 60% de la calificación.
  • Resultados de las prácticas de laboratorio, 20% de la calificación.

El alumno que no supere la evaluación continua debe ir a la convocatoria ordinaria:

  • Examenes de teoría, 20% de la calificación de la asignatura.
  • Exámenes de problemas, 60% de la calificación de la asignatura.
  • Examen sobre los contenidos prácticos de laboratorio, que se llevará a cabo en la sesión de evaluación. Para poder realizar dicho examen será  imprescindible haber asistido a todas las sesiones prácticas y haber entregado los correspondientes cuadernos con los resultados de las mismas (20% de la calificación).

Evaluación Extraordinaria

  • Examen sobre los contenidos de teoría y problemas de la asignatura (80% de la calificación)
  • Los alumnos que hayan superado la parte práctica de la asignatura en la convocatoria ordinaria podrán conservar la calificación obtenida en dicha convocatoria, en caso contrario realizarán un examen sobre los contenidos prácticos de laboratorio (20% de la calificación)


Para superar la asignatura deben superarse por separado la parte de teoría+problemas y la de prácticas.

Evaluación única final

TEORÍA/PROBLEMAS (Porcentaje sobre calificación final: 80%):

Examen sobre los contenidos de teoría y problemas de la asignatura.


PRÁCTICAS (Porcentaje sobre calificación final: 20%):

Los alumnos realizarán las prácticas mediante la utilización de datos sintéticos y entregarán los cuadernos de prácticas correspondientes. Se valorará la resolución de las tareas especificadas en los guiones de prácticas.

Para superar la asignatura deben superarse por separado la parte de teoría+problemas y la de prácticas.