PROGRAMA DE ESTUDIOS Área a la que pertenece: Área Sustantiva Profesional Horas teóricas: 5 Horas prácticas: 0 Créditos: 10 ELECTRODINÁMICA Clave: F0108
Asignaturas antecedentes y subsecuentes
Ninguna
PRESENTACIÓN
El curso de Electrodinámica es una continuación del curso de Electromagnetismo, debido a que se establece el conjunto completo de las ecuaciones de Maxwell, y se aplican éstas a la deducción de la ecuación de onda y al estudio de la dinámica de las cargas. Ambos temas de estudio son fundamentales en la formación de todo físico, puesto que es el primer contacto del estudiante con el fenómeno de la interacción de la radiación con la materia y la óptica física, respectivamente. También es una oportunidad para tener una visión más cercana de una teoría que describe, en una forma muy completa, el campo mejor conocido de la naturaleza. Una meta definida en este curso es mostrar los principios fundamentales en los cuales se basa el funcionamiento de antenas, cavidades resonantes, máquinas de rayos X y aceleradores de partículas. En el aspecto matemático, este curso representa una aplicación de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, transformadas integrales, integración en el plano complejo y funciones especiales
OBJETIVO GENERAL
Al finalizar el curso el estudiante tendrá las nociones básicas de la electrodinámica clásica y la óptica física. Conocerá los elementos básicos de la radiación de cargas aceleradas y la teoría de antenas, también ejercitará sus conocimientos de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, transformadas integrales y funciones especiales
CONTENIDO
Unidad No.
1 ECUACIONES DE MAXWELL
Objetivo particular
Presentar en forma unificada la descripción del campo electromagnético a través de las ecuaciones de Maxwell. En particular se toca el tema de la ley de Faraday, y el concepto de inductancia. Además se muestra que a partir de la conservación de la carga eléctrica, es posible mostrar que la ecuación de Ampére debe ser modificada para tomar en consideración los campos eléctricos que varían con el tiempo. Finalmente se deduce la forma de la ecuación de las ondas electromagnéticas.
Hrs estimadas
Temas Resultados del aprendizaje
1.1 Ecuación de Faraday 1.2 Inductancia en solenoides
1.3 Ecuación de Ampére-Maxwell. Vector de desplazamiento eléctrico.
1.4 Ecuación de las ondas
electromagnéticas.
1.5 Forma explícitamente covariante de las ecuaciones de Maxwell. Definición del tensor de campo electromagnético
Comprender la noción de FEM inducida. Deducir la ecuación de las ondas electromagnéticas a partir de las ecuaciones de Maxwell.
Unidad No.
2 ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Objetivo particular
Presentar e interpretar las soluciones de la ecuación de onda del campo electromagnético, mostrar el comportamiento de las ondas electromagnéticas en su transmisión en diferentes medios y analizar las leyes de conservación de la cantidad de movimiento, energía y cantidad de movimiento angular en el contexto de la teoría del campo electromagnético
Hrs estimadas
Temas Resultados del aprendizaje
2.1 Planteamiento y solución de la ecuación de onda.
2.2 Ondas electromagnéticas planas en
Entender las propiedades de las ondas electromagnéticas a partir de las soluciones obtenidas de las ecuaciones
medios no conductores. 2.3 Polarización.
2.4 Ley de la conservación de la energía para el campo electromagnético. 2.5 Vector de Poynting.
2.6 Momento lineal y angular para el campo electromagnético.
2.7 Ondas planas en medios conductores.
de Maxwell. Interpretar las leyes de conservación de la energía, momento lineal y momento angular en el contexto de la teoría del campo electromagnético
Unidad No.
3 LOS POTENCIALES DE LIENARD-WIECHERT Y LA RADIACION ELECTROMAGNETICA
Objetivo particular
Presentar el mecanismo físico por el cual una partícula cargada es capaz de emitir radiación electromagnética. Introducir la idea de potenciales avanzados y retardados, los cuales se conocen como de Liénard-Wiechert, como fundamento teórico para el estudio de la radiación emitida por una partícula cargada acelerada.
Hrs estimadas
Temas Resultados del aprendizaje
3.1 Potenciales retardados.
3.2 Los potenciales de Liénard-Wiechert. 3.3 El campo producido por una carga
en movimiento.
3.4 El campo producido por una carga que se mueve uniformemente.
3.5 Radiación de cargas aceleradas, en el régimen de velocidades no relativistas.
3.6 Radiación de cargas cuya velocidad es colineal con su aceleración.
3.7 Radiación de una partícula confinada a moverse en una trayectoria circular.
Fundamentar la forma de cómo se producen las ondas electromagnéticas debido a la aceleración de partículas cargadas. Comprender el sentido físico de los potenciales retardados y avanzados
Unidad No.
4 SISTEMAS RADIANTES
Objetivo particular
Presentar la teoría de antenas, en particular se toca el tema de la radiación debida a un dipolo oscilante, lo cual permite explicar el funcionamiento de una antena de dipolo. Mostrar el funcionamiento de las antenas lineales, así como de la radiación producida por
distribuciones oscilantes de cargas cuyo momento eléctrico más pequeño es el cuadrupolar.
Hrs estimadas
Temas Resultados del aprendizaje
4.1 Los vectores de Herz.
4.2 Campo en las cercanías de un dipolo eléctrico oscilante.
4.3 La antena de dipolo.
4.4 Radiación cuadrupolar eléctrica. 4.5 Arreglos simples de antenas.
Comprender la emisión de radiación electromagnética de arreglos simples de cargas oscilantes, en particular el dipolo y el cuadrupolo eléctric
Sugerencias didácticas
En la unidad 1 se sugiere que el profesor:
El curso será implementado a partir de sesiones teóricas, se complementarán mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos, escritura de ensayos, exposición de temas por los alumnos, mediante acetatos y cañón de proyección
En la unidad 2 se sugiere que el profesor:
El curso será implementado a partir de sesiones teóricas, se complementarán mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos especializados
En la unidad 3 se sugiere que el profesor:
El curso será implementado a partir de sesiones teóricas, se complementarán mediante un taller de solución de problemas, lectura de artículos y de textos, escritura de ensayos, exposición de temas por los alumnos, mediante acetatos y cañón de proyección
En la unidad 4 se sugiere que el profesor:
El curso será implementado a partir de sesiones teóricas, se complementarán mediante un taller de solución de problemas
Estrategias de evaluación del aprendizaje
Se sugiere se tomen en cuenta los siguientes puntos para evaluar el logro del objetivo de esta asignatura. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de estos. - Asistencia - Participación en clases - Exposiciones de temas - Tareas - Exámenes Bibliografía Básica.
1. Melia, F. Electrodynamics. Chicago 2001.
2. Jackson, J. D. Classical electrodynamics. Wiley 1999.
3. Reitz, J. R., Milford, F. J., Christy, R. W. Fundamentos de la teoría electromagnética. Addison-Wesley 1996.
4. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. Electricity and Magnetism. Cambridge 1995. 5. Purcell, E. M. Electricidad y magnetismo. Reverté 1994.
6. Shadowitz, A. The electromagnetic field. Dover 1988.
7. Rumiántsev, V. Toptiguin, I. Electrodinámica clásica. Mir 1985. 8. Becker, R. Electromagnetic fields and interactions. Dover 1982.
9. Barut, A. O. Electrodynamics and classical theory of fields and particles. Dover 1980.
10. Alexéiev, A. I. Problemas de Electrodinámica Clásica. Mir 1980. 11. Eyges, L. The classical electromagnetica field. Dover 1972
Complementaria.
1. Landau, L. D. y Lifshitz, E. M. The Classical Theory of Fields. Course of Theoretical Physics, Volume 2. Pergamon Press 1987.
2. Lorrain, P., Corson, D. y Lorrain, F. Campos e Ondas Electromagnéticas. Fundacao Calouste Gulbenkian 2000.