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Universidad Católica San Antonio de Murcia – Tlf: (+34) 968 278 160 [email protected] – www.ucam.edu

Guía Docente 2017/2018

Campos Electromagnéticos

Electromagnetic Fields

Grado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación

Modalidad de enseñanza presencial


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Campos Electromagnéticos - Telf: (+34) 968 278825

30/11/2017 11:22

Índice

Campos Electromagnéticos ............................................................................................... 4

Breve descripción de la asignatura ................................................................................... 4

Requisitos previos ............................................................................................................... 4

Objetivos .............................................................................................................................. 4

Competencias ...................................................................................................................... 5

Metodología ......................................................................................................................... 6

Temario ................................................................................................................................. 7

Relación con otras materias ............................................................................................... 9

Sistema de evaluación ........................................................................................................ 9

Bibliografía y fuentes de referencia ................................................................................. 11

Web relacionadas .............................................................................................................. 11

Recomendaciones para el estudio ................................................................................... 12

Materiales didácticos ........................................................................................................ 12

Tutorías .............................................................................................................................. 12


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Campos Electromagnéticos Módulo: Formación Básica. Materia: Fundamentos Físicos. Carácter: Formación Básica. Nº de créditos: 6.0 ECTS. Unidad Temporal: 2º curso – 1er semestre. Profesor/a de la asignatura: Ángel J. García Collado Email: [email protected] Horario de atención a los alumnos/as: lunes, de 9.30 h a 10.30 h. Profesor/a coordinador de módulo, materia o curso: Coordinador del Módulo: Prof. Francisco Alberto Rodríguez Mayol Coordinador del Curso Académico (2º Curso): Prof. Ángel J. García Collado

Breve descripción de la asignatura El objetivo global de esta materia es la formación del alumno en los principios básicos que rigen el comportamiento de los campos electromagnéticos y, en particular, la propagación de ondas electromagnéticas en medios homogéneos y los fenómenos que tienen lugar al incidir éstas sobre discontinuidades. Con ello se persigue alcanzar las destrezas básicas necesarias para la transmisión de señales y el modelado de los canales de comunicaciones. Así pues, se abordará la descripción del modelo electromagnético y las leyes básicas por las que se rige, el concepto de onda electromagnética y su naturaleza, la propagación de ondas electromagnéticas en medios homogéneos y una introducción a las ondas electromagnéticas guiadas.

Brief overview of the subject The overall objective of this course is training students to the basic principles governing the behavior of electromagnetic fields and, in particular, the propagation of electromagnetic waves in homogeneous media and phenomena occurring on the impact these discontinuities to acquire the basic skills necessary for modeling communication channels. So, will address the description of the electromagnetic model and the basic laws for governing the concept of electromagnetic wave and its nature, the propagation of electromagnetic waves in homogeneous media and an introduction to electromagnetic waves guided.

Requisitos previos Para conseguir los objetivos fijados para esta asignatura es necesario que el alumno haya adquirido las competencias correspondientes a las asignaturas Física I y Física II, en concreto, conocimientos ondas, de electrostática y de magnetostática.

Objetivos Los objetivos específicos de la asignatura son:

1. Analizar y sintetizar.


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2. Utilizar conocimientos generales básicos.

3. Organizar y planificar.

4. Dominar los conocimientos básicos de la profesión.

5. Resolver problemas.

6. Desarrollar habilidades para la investigación.

7. Adaptarse a nuevas situaciones y generar nuevas ideas.

8. Trabajar de forma autónoma.

9. Motivarse en el logro de los objetivos propuestos.

Competencias

Competencias básicas

B3. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica,

termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de

problemas propios de la ingeniería.

Resultados de aprendizaje

RA. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica,

termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de

problemas propios de la ingeniería.

RA. Comprender el concepto de oscilador y movimiento ondulatorio.

RA. Conocer, analizar y sintetizar los fundamentos de campos eléctricos y la aplicación de campos

vectoriales.

RA. Conocer analizar y sintetizar los principios fundamentales del electromagnetismo (Ecuaciones

de Maxwell).

RA. Adquirir la capacidad para comprender y utilizar el análisis vectorial y numérico.

RA. Identificar las diferentes características que definen a un sistema electromagnético.


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RA. Conocer las bases de la teoría electromagnética que le capaciten para el aprendizaje de

nuevos métodos y tecnologías, y que le habiliten para el ejercicio de la profesión en base a las

atribuciones profesionales del título.

Metodología

Metodología Horas Horas de trabajo

presencial Horas de trabajo

no presencial

Clase teórica 31.5

60 horas (40 %) Clases prácticas y trabajo en grupo

12.0

Evaluación 4.5

Tutorías académicas 12.0

Estudio personal 56.7

90 horas (60 %) Preparación de trabajos y ejercicios

20.8

Actividades de aprendizaje virtual

12.5

TOTAL 150 60 90

Clase teórica: Exposición teórica por parte del profesor del temario de la asignatura en 31.5 horas. Tendrán lugar en un aula de la Universidad.

Clases prácticas y trabajo en grupo: El alumno dedicará 12 horas a la realización de actividades prácticas y de seminarios grupales, a efectuar en aula y en laboratorio.

Evaluación: El alumno empleará de 4.5 horas en la realización de exámenes presenciales. Se realizará un examen parcial de la asignatura y un examen final de la misma, así como una prueba tipo test a la finalización de cada tema. Se seguirán los criterios generales de evaluación de la Universidad.

Tutorías académicas: El alumno empleará 12 horas en la asistencia a tutorías presenciales en las que se abordarán aspectos concretos de los temas desarrollados.

Estudio personal: El alumno empleará 56.7 horas en el estudio del temario de la asignatura.

Preparación de trabajos y ejercicios: Las prácticas y ejercicios de la asignatura presentadas en los seminarios y clases prácticas y trabajo en grupo requieren de 20.8 horas de trabajo no presencial por parte del alumno.

Actividades de aprendizaje virtual: El alumno empleará 12.5 horas no presenciales en la realización del trabajo en equipo.


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Temario

Programa de la enseñanza teórica

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA.

1.1. Análisis vectorial.

1.2. Sistemas de coordenadas ortogonales.

1.3. Operadores gradiente, divergencia y rotacional.

TEMA 2. ECUACIONES DE MAXWELL.

2.1. Introducción a las ecuaciones de Maxwell.

2.2. Ecuaciones de Maxwell en el vacío.

2.3. Relaciones constitutivas de la materia.

2.4. Ecuaciones de Maxwell en medios materiales.

2.5. Condiciones de contorno.

2.6. Variación temporal armónica. Notación fasorial.

2.7. Teorema de Poynting. Balance de energía.

2.8. Permitividad y permeabilidad complejas.

TEMA 3. LA ECUACIÓN DE ONDA Y SUS SOLUCIONES.

3.1. Introducción.

3.2. Ecuación de onda para campos con variación temporal armónica.

3.3. Constantes de propagación, atenuación y fase.

3.4. Soluciones en coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas.

3.5. Ondas progresivas, estacionarias y evanescentes en medios con y sin pérdidas.

TEMA 4. LA ONDA PLANA.

4.1. Introducción. Medios sin pérdidas.

4.2. Expresiones de los campos.

4.3. Impedancia de onda. Vector de Poynting.

4.4. Medios con pérdidas.


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4.6. Impedancia de onda.

4.7. Vector de Poynting.

4.8. Particularización al buen conductor.

4.9. Efecto pelicular.

4.10. Polarización. Definición. Tipos.

4.11. Parámetros descriptores de la polarización.

TEMA 5. INCIDENCIA NORMAL EN SUPERFICIES PLANAS.

5.1. Introducción.


5.3. Coeficientes de reflexión y de transmisión.

5.4. Onda estacionaria y relación de onda estacionaria.

5.5. Incidencia sobre varias discontinuidades.

TEMA 6. INCIDENCIA OBLICUA EN SUPERFICIES PLANAS.

6.1. Incidencia oblicua sobre conductores eléctricos perfectos.

6.2. Incidencia oblicua sobre medios dieléctricos perfectos.

6.3. Incidencia oblicua sobre medios con pérdidas.

Programa de la enseñanza práctica

Seminario 1 (2.35 horas). Tema 1: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 1 de la asignatura.

Seminario 2 (2.35 horas). Tema 2: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 2 de la asignatura.

Seminario 3 (3 horas). Tema 3: ejercicios y planteamientos prácticos referentes a los aspectos y conceptos presentados en el tema 3 de la asignatura.




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Relación con otras materias Campos Electromagnéticos está relacionada con los contenidos impartidos en Física I y Física II (de primer curso), con los contenidos impartidos en la asignatura Radiocomunicaciones del Módulo de Formación Común (tercer curso) y con Microondas y Antenas (de cuarto curso).

Sistema de evaluación

Convocatoria de Febrero/Junio

El sistema de evaluación constará de los siguientes puntos:

1. Trabajos, problemas y prácticas: Forman parte de este ítem las actividades desarrolladas en los seminarios teórico-prácticos, los trabajos en equipo y los mecanismos de tutorización. Podrán ser de realización individual o en grupo y tener un carácter teórico o práctico. El total de los documentos y actividades realizados por el alumno se puntuará entre 0 y 10. Se valorará:

Formato, presentación, estructura y legibilidad de los documentos y presentaciones. Medios empleados y fuentes bibliográficas consultadas para su elaboración. Calidad y profundidad de los contenidos, así como los resultados y las conclusiones

extraídas.

Se establece una nota de corte de 4.0 puntos.

2. Primera prueba parcial: Forma parte de este ítem la evaluación, que siguiendo el sistema general de evaluación de la Universidad, se realizará aproximadamente a mitad del cuatrimestre (prueba parcial). El alumno que la supere no volverá a examinarse de los contenidos específicos que se evalúen en la misma, y se guardará su nota para la siguiente convocatoria del curso académico (convocatoria de Septiembre) si la nota alcanzada es, o está por encima, de 5.0 puntos. Será puntuado entre 0 y 10. Se valorará:

Claridad en la exposición de los conceptos teóricos exigidos. Forma en que se plantea el ejercicio que se debe desarrollar. Resolución correcta del ejercicio.

Se establece una nota de corte de 4.0 puntos.

3. Prueba final-segunda prueba parcial: Forma parte de este ítem la evaluación, estará estructurada en dos partes, una correspondiente a segunda prueba parcial y otra a la reválida de la primera. Los alumnos que hayan superado la primera prueba parcial sólo tendrán que examinarse de la segunda. Se guardará su nota para la siguiente convocatoria del curso académico (convocatoria de Septiembre) si la nota alcanzada es, o está por encima, de 5.0 puntos. Cada parte se puntuará entre 0 y 10. Se establece una nota de corte de 4.0 puntos.


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El rango de las ponderaciones para cada uno de los puntos anteriores será el siguiente:

Trabajos, problemas y prácticas: 20% Primera prueba parcial: 40% Segunda prueba parcial: 40%

Para poder superar la asignatura será necesario obtener al menos una nota de 4 en cada uno de los ítems anteriores y un 5 en la media ponderada de sus valores. Los detalles sobre el sistema de evaluación se encuentran recogidos en la normativa general de universidad.

Se tendrá presente la actitud del alumno a lo largo de las clases presenciales, de forma que se valorará de forma positiva la participación, elaboración de ejercicios planteados, presentación y defensa de los mismos en clase, etc. Esta valoración será incluida en la parte de trabajos y prácticas.

Convocatoria de Septiembre:

Se evaluará de forma idéntica a la descrita para la convocatoria de Febrero/Junio, pero, en caso de no superar la asignatura, no se guardará ninguna nota para sucesivas convocatorias.

El alumno superará la asignatura cuando la media ponderada sea igual o superior a 5 puntos y tenga una nota de, al menos, 4 puntos en todas las partes que componen el sistema de evaluación cuya ponderación global sea igual o superior al 20%.

Si el alumno tiene menos de un 4 en alguna de las partes cuya ponderación sea igual o superior al 20%, la asignatura estará suspensa y deberá recuperar esa/s parte/s en la siguiente convocatoria dentro del mismo curso académico. La/s parte/s superada/s en convocatorias oficiales (Febrero/Junio) se guardarán para las sucesivas convocatorias que se celebren en el mismo curso académico.

En caso de que no se supere la asignatura en la Convocatoria de Septiembre, no contarán las partes aprobadas para sucesivos cursos académicos.

El sistema de calificaciones (RD 1.125/2003. de 5 de septiembre) será el siguiente:

0-4,9 Suspenso (SS)

5,0-6,9 Aprobado (AP)

7,0-8,9 Notable (NT)

9,0-10 Sobresaliente (SB)

La mención de “matrícula de honor” podrá ser otorgada a alumnos que hayan obtenido una calificación igual o superior a 9,0. Su número no podrá exceder del 5% de los alumnos matriculados en una materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de alumnos matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso se podrá conceder una sola matrícula de honor.


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Bibliografía y fuentes de referencia

Bibliografía básica

“Análisis vectorial para estudiantes de ingeniería Problemas resueltos y comentados”, Á.J. García

Collado y J.A. Ruiz Templado, García Maroto Editores, 2013. (Tema 1)

"Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería", D.K., Cheng, México Addison Wesley

Longman, 1998. (Tema 2, 3, 4, 5 y 6)

"Electromagnetic Waves and Antennas", S.J. Orfanidis, www.ece.rutgers.edu (Tema 5 y 6)

“Campos Electromagnéticos”, F. Dios, D. Artigas et al., Ediciones UPC, 1998. (Tema 2, 3, 4, 5 y 6)

“Fundamentos de la Teoría Electromagnética”, J.R. Reitz, F.J. Milford, R.W. Christy Pearson-

Addison Wesley Longman 1996. (Tema 1, 2, 3, 4, 5 y 6)

Bibliografía complementaria

“Engineering Electromagnetics”, K.R. Demarest, Ed. Prentice Hall, 1998.

“Esentials of Electromagnetics for Engineering”, D.A. De Wolf, Cambridge University Press, 2000.

“Engineering Electromagnetics”, U.S. Inan, A.S. Inan, Ed. Prentice Hall, 1999.

“Advanced Engineering Electromagnetics”, C.A. Balanis, John Wiley & Sons, 1989.

“Electromagnetic Fields and Waves”, M.F. Iskander, Ed. Prentice Hall, 1992.

“Electromagnetics”, J.D. Kraus, McGraw Hill Tokyo, 1992.

“Field and Wave Electromagnetics”, D.K. Cheng, Addison-Wesley, 1989.

Web relacionadas http://www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/es/ Página web de la OMS donde se explican conceptos básicos de los campos electromagnéticos. http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/contaminacion-electromagnetica-medioambiental/material-de-clase-2/apuntes_2.pdf Página web sobre campos de baja frecuencia de la Universidad de Cantabria. http://pendientedemigracion.ucm.es/info/ucmp/pags.php?tp=Campos%20electromagn%E9ticos%20y%20efectos%20biol%F3gicos&a=directorio&d=0014553.php Página web sobre campos electromagnéticos y efectos biológicos de la Universidad Complutense de Madrid.


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http://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/es/campos-electromagneticos07/index.htm Pagina web de la Unión Europea sobre campos electromagnéticos

Recomendaciones para el estudio Las recomendaciones básicas para estudiar la materia consisten en primer lugar en disponer de los conocimientos de base para iniciar su estudio. Por este motivo, es conveniente que el alumno haya superado las asignaturas previas indicadas en el apartado de “Relación con otras materias”.

En segundo lugar se anima a los estudiantes a seguir un estudio continuado de la materia con el fin de poder ir asimilando conocimientos. El estudio y asimilación de cada jornada docente deberá realizarse antes de la siguiente clase y complementado con la realización de los problemas y cuestiones propuestas. Como tiempo de estudio, se propone como mínimo un tiempo de estudio de igual al de las horas de clase de la asignatura.

Por este motivo, el punto clave para superar la asignatura con éxito, es “comprender” la materia y no tanto su “memorización”. En caso de dudas o cuestiones, el estudiante debe preguntar al profesor bien en clase, en el horario de atención al alumno o bien telemáticamente. Como regla general una duda resuelta evita cinco interrogantes en el futuro.

Las prácticas deben ser realizadas por el alumno, y siempre con el objetivo claro de relacionar los ejercicios prácticos con los conocimientos teóricos a asimilar.

Por último, y con respecto a la asistencia, aunque se fijan unos mínimos en teoría y práctica, se recomienda a los alumnos la asistencia a la totalidad de las jornadas teóricas y prácticas de la asignatura.

Materiales didácticos Se precisa acceso a internet y las herramientas ofimáticas habituales. Cada tema será presentado en un documento pdf disponible desde el Campus Virtual, que será ampliado y comentado en las clases presenciales y resto de actividades presenciales.

Los conceptos teóricos impartidos serán complementados mediante el trabajo con software de acceso libre (applets, EmAnim, Amanogawa.com, etc.) que permita al alumno visualizar e interactuar con los parámetros característicos de las ondas electromagnéticas.

Tutorías Las tutorías se dedicarán a reforzar los conceptos y a comprobar que el alumno asimila todo lo explicado en las clases magistrales. Los objetivos formativos planteados para la tutoría son:

Orientación sobre los contenidos de la asignatura, los sistemas de evaluación y la metodología de enseñanza-aprendizaje, así como su vincula con otras materias y con el ejercicio profesional.


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Seguimiento y evaluación de trabajos, problemas y ejercicios planteados como horas de trabajo no presencial.

Aclaración de dudas personales sobre los contenidos de la asignatura, memorias de las prácticas, trabajos o ejercicios planteados.

Para cubrir estos objetivos se planificarán las siguientes actividades formativas:

Presentación inicial de la asignatura, sistema evaluación y metodología.

Reunión por grupos para realizar seguimiento del trabajo y ejercicios planteados.

Exposición grupal de los trabajos con pregunta, debate y evaluación por parte del alumnado y profesorado.

Sesión de refuerzo al final de cada tema con la aclaración de dudas personales y repaso de los conceptos importantes.

Este proceso de formación requiere de los adecuados sistemas de evaluación, cuyas herramientas y criterios principales son:

Asistencia a las sesiones de tutorías.

Seguimiento personal sobre realización de consultas y participación activa en la sesión. Iniciativa, creatividad y toma de decisiones a la hora de resolver los trabajos o problemas planteados.

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