Teoría Electromagnética I

1.     IDENTIFICACIÓN DE LA ASIGNATURA.

 

 

 

2.     DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA.

 

-           Materiales eléctricos, aislantes o dieléctricos, polarización, condiciones de frontera y capacitores.

 

 

3.     OBJETIVOS:

 

§  Generales: La finalidad principal del curso es que los estudiantes sean capaces de analizar y entender las bases teóricas de los fenómenos electrostáticos con los que se explica el funcionamiento de elementos, dispositivos y avances de la ingeniería eléctrica, electrónica y de comunicaciones; incentivando al mismo tiempo la capacidad de análisis, curiosidad científica, manejo de tecnologías, pensamiento creativo, trabajo en equipo y ética.

 

§  Específicos: Al finalizar el curso, los estudiantes serán capaces de:

 

-   -  Estudiar las ecuaciones de Maxwell electrostáticas.

 

 

 

4.     CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA.

 

 

-       Aplicar las  definiciones y las leyes básicas de Electrostática  en la materia en forma eficaz y eficiente, con capacidad de análisis, pensamiento creativo, manejo de tecnologías, capacidad de trabajo en equipo y ética.

 

-            -      Distinguir los diferentes tipos de materiales eléctricos de acuerdo a su comportamiento, con capacidad de análisis, pensamiento creativo, curiosidad científica, capacidad de trabajo en equipo y ética.

 

-              -      Analizar los fenómenos de acumulación de energía electrostática  por medio de los cuales se explica el funcionamiento de capacitores, con curiosidad científica, curiosidad científica, manejo de tecnologías, capacidad de trabajo en equipo y ética.

 

-       Definir los operadores diferenciales usados en electromagnetismo y entender su significado  físico y su uso en electromagnetismo de acuerdo  a las leyes estudiadas, con capacidad de análisis.

  

Teoría Electromagnética I es un curso fundamental para las carreras de Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica Ingeniería de Control e Ingeniería de Telecomunicaciones, que sirve de base para asignaturas de la especialidad en las áreas de Conversión de Energía, Líneas de transmisión,  Telecomunicaciones y otras aplicaciones industriales.  El curso se divide en tres grandes partes principales, que son los Fundamentos Matemáticos, los Campos Electrostáticos y los Materiales Eléctricos, dentro de las cuales se exponen y analizan los conocimientos referentes a:

-       La definición de los operadores diferenciales y su uso en las ecuaciones de Maxwell en forma puntual

-       El cálculo de campos eléctricos y sus efectos (fuerzas) sobre las cargas.

-       El cálculo de potenciales eléctricos en los materiales haciendo énfasis en la polarización de los dieléctricos  

-       El estudio de los fenómenos de almacenamiento de energía electrostática y formación de capacitancias.

-       Las ecuaciones de Maxwell electrostáticas y su importancia para desarrollar la teoría de las ondas electromagnéticas.

-       El análisis de formación de la corriente eléctrica, la conservación de la misma y la Ley de Ohm.

 

h.t.= horas de teoría     h.p. = horas de práctica teórica

(O) = temas opcionales

 

5.     EVALUACIÓN SUGERIDA.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.     REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

 

Bibliografía primaria:

-       CÁRDENAS, DORINDO ELAM. 2021. “Apuntes de Teoría Electromagnética; con explicaciones y notas de clase – Volumen 1 -  Electrostática”, Ind. Pub. Amazon ISBN-13: ‎979-8450031538

-       SADIKU, MATTHEW. 2003. “Elementos de Electromagnetismo”, Oxford.

-   HYAT, WILLIAM. 2012. Teoría Electromagnética”, McGrawHill.

-       DUBROFT, R.E.; MARSHALL, S.V.; SKITEK G.G. et al. 1997. “Electromagnetismo: Conceptos y Aplicaciones”, Prentice Hall.

-       CHENG, DAVID. 1998. “Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería”, Pearson Education.

-       ZAHN, MARKUS. 1991. “Teoría Electromagnética”, McGrawHill.

-       REITZ, J.R.; MILDFORD, F.J.; CHRISTY, R.W. 1996. “Fundamentos de la Teoría Electromagnética”, Adison Wesley Iberoamericana.

 

Bibliografía secundaria, de aplicaciones e investigación:

-   EDMINISTER, JOSEPH. 1995. “Electromagnetismo”, McGrawHill - Schaum.

-   ULABY, FAWWAZ. 2007. “Fundamentos de Aplicaciones en Electromagnetismo”, Pearson Education.

-   CÁRDENAS, DORINDO ELAM. 2012. “El Recalentamiento Eléctrico por Termoconducción. Una perspectiva fisicoquímica del calentamiento eléctrico”; Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquía, Vol. 64, 2012. pp 57-67, ISSN 0120-6230, vínculo en línea: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=43025083005

-   CÁRDENAS, DORINDO ELAM. 2015. “True Calculus of the Warming in Electric Wires in Low Voltage: A Design Correction”, IEEE Latin America Transactions, Vol. 13-1, 2015, pp 172-180, ISI, ISSN 1548-0992, (DOI: 10.1109/TLA.2015.7040645), vínculo en línea: https://ieeexplore.ieee.org/document/7040645

-   CÁRDENAS, DORINDO ELAM. 2018 “ “Phantom Impedances” as an Option to Solve 3D Symmetrical Circuit Arrangements”, IEEE Latin America Transactions, Vol. 16-1, 2018, pp 155-162, ISI, ISSN 1548-0992, (DOI: 10.1109/TLA.2018.8291468), vínculo en línea: https://ieeexplore.ieee.org/document/8291468

-   PORTUGAL, SHERLIE. 2017 “Functional relationship between material property, applied frequency and ozone generation for surface dielectric barrier discharges in atmospheric air”, Scientific Reports, Vol. 7, 6388 (2017) (DOI: doi.org/10.1038/s41598-017-06038-w), vínculo en línea: https://www.nature.com/articles/s41598-017-06038-w


Descargue su plan de Teoría Electromagnética I - 0864, en el siguiente enlace:

Plant-Institucional - Teoría Electrom I - 2022-DCardenas.pdf

Euler y el modelado multidimensional (creación de dimensiones):

5-1 Euler multidim - explic extendida.mp4

Sistemas coordenados - parte 1 - cartesianas

6 Sistemas coordenados - parte 1-cartesianas.mp4

Sistemas coordenados - parte 2 - cilíndricas

7 Sistemas coordenados - parte 2-cilindricas.mp4

Sistemas coordenados - parte 3 - esféricas

8 Sistemas coordenados - parte 3-esféricas.mp4

SUGERENCIA DEL PROFESOR: Visitar la web siguiente mientras esté en existencia, contiene información que les puede ayudar con la parte matemática del curso.

http://matematicasievg.files.wordpress.com/2012/03/manualdeformulasytablasmatematicas-murrayspiegel-110428154730-phpapp02.pdf

Proyecto Final - Generador Van de Graaff

REGLAMENTACIÓN GENERAL DEL CONCURSO DE GENERADOR DE VAN DE GRAAFF – TEM I

 

1.       Su proyecto debe haber sido diseñado y elaborado completamente en Panamá. Aunque puede utilizar componentes electrónicos extranjeros, su diseño y armado debe haber sido realizado por los estudiantes miembros de cada grupo de concurso. Se sugiere conservar evidencias del armado (fotos – videos), en caso de que se le soliciten.

2.       Queda prohibido cualquier tipo de “acuerdo”, “componenda”, “arreglo” o cualquiera otra metodología de organización o pre-decisión de resultados finales entre dos o más grupos de proyecto, lo cual vicia el concurso y lo hace ilegal. Los grupos que caigan en esta práctica serán inmediatamente eliminados del concurso sin derecho a la recuperación de su nota por ningún otro medio, dada su participación ya de facto en el concurso. Se podrá solicitar a cualquier grupo probar su proyecto a una capacidad superior a la declarada como muestra de que su proyecto realmente ha llegado a su máxima capacidad (la declarada para sus puntos obtenidos) en cualquier momento de la competencia, y su proyecto debe funcionar sin superar de forma evidente (10%) su capacidad declarada. La negativa a esta prueba se tomará como evidencia de mala práctica (incluyendo alegatos técnicos de no funcionamiento dado que su proyecto debe funcionar fiablemente durante todo el concurso)

3.       Su generador de Van de Graaff tiene unos requisitos mínimos para ser considerado “apto para competir”. Si el dispositivo no supera estos requisitos mínimos, no será considerado apto, por lo cual su puntaje será nulo (aunque el dispositivo funcione).

4.       Los requisitos mínimos para obtener la clasificación de “apto” son los siguientes en todos los casos:

4.1.  El arco o chispa generada debe romper por sí solo un gap (distancia lineal recta mínima en aire) de al menos 0.5 cm por cada 5% o fracción de 5% que pondere su proyecto en la calificación final de su asignatura. Ejemplos: si su proyecto vale el 25% de su asignatura, el gap de arco para su generador es de al menos 2.5 cm para ser considerado “apto”; si su proyecto vale el 33% de su asignatura, el gap de arco para su generador es de al menos 3.5 cm para ser considerado “apto”. La medida de este gap mínimo será lineal, validada siempre antes de cada prueba y aprobada por el profesor. Su redondeo será en todo caso a cada 0.5 cm siempre hacia arriba de la medida requerida por el puntaje; por ejemplo, el redondeo de un proyecto de 33% de asignatura será hacia los 3.5 cm de gap, al igual que el de uno de 31% de la asignatura.

4.2. El polo de descarga de su generador, así como el polo de tierra (o retorno), deben ser autosostenibles mecánicamente sin que se muevan una vez que usted los ha ajustado al gap medido para la prueba de descarga. No se aceptarán proyectos que tengan que sostener alguno de estos polos o cualquier otra parte viva del proyecto con la mano o de otra forma que no sea autosostenida mecánicamente al momento de la prueba.

4.3. Todos los que estén en la maniobra directa del generador en las pruebas, deben contar con guantes de alta rigidez dieléctrica, lentes de seguridad transparentes con protección frontal y perimetral; y zapatos de alta rigidez dieléctrica o zapatillas completamente cerradas. Quienes no tengan este equipo mínimo de seguridad deberán estar retirados del área de pruebas del generador. Esto aplica tanto para los ensayos como para la presentación del proyecto. Considere su seguridad primero en todos los casos y evite las descargas a través de cualquier parte de su cuerpo.

5.       Todos los equipos tendrán 3 intentos sucesivos para su prueba. Se tomará el mejor resultado de los 3 intentos. La “operación” de cada intento para generar el arco no podrá exceder de 1 minuto; y el lapso para acomodar el equipo para el siguiente intento será de un máximo de 2 minutos para la preparación.

6.       Se considerará un arco válido a aquel arco que haya sido plenamente visible a simple vista, o captado por una cámara simple (no UV, no IR) durante el minuto correspondiente a cada intento. Si no se logra un arco plenamente visible bajo esta definición, no será considerado válido. La visibilidad plena, reconoce el hecho de que el arco es visible desde el punto de su salida hasta el punto de su llegada entre los electrodos del generador y a lo largo de toda su trayectoria con similar luminosidad. Esto descarta aquellos arcos que se generan con “visibilidad parcial” es decir, visibles más bien cerca de alguno (o ambos) de los dos electrodos, pero no de forma plena (igual en luminosidad) a lo largo de todo su trayecto.

7.       El ganador de la competencia se definirá inicialmente en función del arco ejecutado en el mayor gap medido.

8.       Si existen varios grupos con el mismo gap medido de arco, todos los grupos en esta condición irán a la siguiente fase de competencia que es la fase de desempate.

9.  FASE DE DESEMPATE: Se tendrán 2 intentos sucesivos adicionales por cada grupo que haya entrado a esta fase. La decisión del orden de participación será a la suerte en caso de discrepancia de los grupos por establecer entre ellos un orden para ejecutar sus intentos adicionales. En estos intentos sucesivos no aplicará la regla de precisión mínima de 0.5 cm de gap; sino más bien será reemplazada por precisión de 1 mm (siempre y cuando se logre que los polos de descarga del generador estén completamente estáticos). Ganará el grupo que con esta precisión logre el mayor gap medido con arco válido en cualquiera de sus 2 intentos adicionales.