Campos Electromagnéticos

Campos Electromagnéticos
Dios Otín, Federico
Artigas García, David
Recolons Martos, Jaume
Comerón Tejero, Adolfo
Canal Bienzobal, Ferran

Reseña La presente obra pretende proporcionar al estudiante una base sólida de conocimientos y conceptos de teoría electromagnética, que le permita acceder posteriormente a la comprensión de otros temas más avanzados, como los que se estudian en cursos superiores en las escuelas de ingeniería, particularmente en Ingeniería de Telecomunicación. Los temas que componen el libro sirven de introducción a otras tantas áreas de aplicación en las tecnologías actuales de telecomunicación, teledetección e inspección. Se ha pretendido confeccionar un texto de referencia, en el cual se ha prestado igual atención a los conceptos físicos implicados que a su correcta formulación matemática.

ÍNDICE

• Capítulo 1 Campos eléctricos y magnéticos en condiciones estáticas.
• Capítulo 2 Ecuaciones de Maxwell
• Capítulo 3 Ondas planas uniformes.
• Capítulo 4 Incidencia de ondas planas sobre medios materiales.
• Capítulo 5 Guías de onda
• Capítulo 6 Radiación de antenas elementales.
• Anexos.
• Soluciones a los problemas.

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ÍNDICE GENERAL

• Capítulo 1 Campos eléctricos y magnéticos en condiciones estáticas. El campo eléctrico en el vacío. Ley de CoulombDefinición de campo eléctrico. Cargas puntuales y distribuciones de carga. Ley de Gauss. Potencial eléctricoCarácter conservativo del campo electrostático. Representación espacial del campo y del potencial: líneas de campo y superficies equipotenciales. Relación entre el potencial eléctrico y la densidad de carga. El campo eléctrico y el potencial en conductores. El campo eléctrico en la superficie de un conductor. Problemas de potencialEcuaciones de Laplace y Poisson. 10 Condiciones que determinan el campo en una región. 11 Energía electrostática. 12 Energía electrostática asociada al campo eléctrico. 13 Aproximación del potencial a grandes distanciasDesarrollo multipolar del potencial. 14 Dipolo real y dipolo ideal. 15 El dipolo ideal en presencia de campos eléctricos externos. El campo electrostático en presencia de medios dieléctricos. Vector polarización. Relación entre el vector polarización y el campo eléctricoTipos de dieléctricos. Ley de Gauss en medios dieléctricosVector desplazamiento eléctrico. Ecuación de Poisson generalizada. Energía electrostática en presencia de medios dieléctricos. Sistemas de conductoresCondensadores. El campo magnetostático en el vacío. Introducción. Densidad e intensidad de corrienteLey de Ohm. Ecuación de continuidadCorrientes estacionarias.. Ley de Biot y Savart. Carácter solenoidal del campo magnético. Ley de Ampère. Cálculo de B mediante la ley de Ampère en forma integral. Aproximación de B a grandes distanciasMomento dipolar magnético. Campos magnéticos en medios materiales. Fuerzas sobre un dipolo magnético. Vector magnetización. Densidades de corriente de magnetización. Ley de Ampère en medios magnéticosIntensidad de campo magnético. Relación entre el campo magnético y el vector magnetización. Tipos de medios magnéticos.. Flujo magnético, inductancia y energía magnética. Problemas..
• Capítulo 2 Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de Maxwell en forma integral en el vacío. Ley de Gauss para el campo eléctrico. Ley de Gauss para el campo magnético. Ley de Faraday. Ley de Ampère-Maxwell. Principio de conservación de la carga. Ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. Ecuaciones de Maxwell en forma diferencial. Significado del rotacional y de la divergencia. Forma diferencial de las ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de Maxwell en medios materiales. Campos en presencia de medios conductores. Materiales dieléctricos. Materiales magnéticos. Ecuaciones fundamentales del electromagnetismo en medios materiales. Condiciones de contorno. Continuidad de los campos eléctricos. Continuidad de los campos magnéticos. Energía de los campos electromagnéticos. Potencia aplicada sobre portadores de carga. Principio de conservación de la energíaTeorema de Poynting. Aproximación estática de las ecuaciones de Maxwell. Electrostática. Magnetostática. Ecuaciones de Maxwell en régimen senoidal permanente. Fasores y campos instantáneos. Ecuaciones de Maxwell en R.S.P.. Fasores y transformada de Fourier. Problemas.
• Capítulo 3 Ondas planas uniformes. Ecuación de onda. Ondas planas uniformes con dependencia espacio-temporal arbitraria. Ondas planas uniformes en régimen senoidal permanente. Ecuación de onda en régimen senoidal permanente. Solución correspondiente a la onda plana uniforme. Características de la onda plana uniforme. Densidad de flujo de potencia asociada a la onda. Polarización de ondas planas uniformes en R.S.P.. Descripción matemática de la polarización. Características de la elipse de polarización. Casos especiales: polarización lineal y polarización circular. Propagación de ondas planas uniformes en medios con pérdidas. Permitividad y permeabilidad complejas. Ondas planas uniformes en un medio con pérdidas. Casos límite: buen dieléctrico y buen conductor. Problemas.
• Capítulo 4 Incidencia de ondas planas sobre medios materiales. IntroducciónCondiciones de contorno de las ecuaciones de Maxwell. Incidencia normal sobre conductores perfectos. Reflexión en la superficie de un conductor perfecto. Ondas estacionarias. Incidencia normal sobre medios dieléctricos.. Reflexión y transmisión en la superficie de un medio dieléctrico. Ondas parcialmente estacionarias. Incidencia oblicua sobre conductores perfectos. Planteamiento del problema. Ondas estacionarias mixtas. Incidencia oblicua sobre dieléctricos. Leyes de Snell para la reflexión y la refracción de ondas planas. Ecuaciones de Fresnel. Ángulo de Brewster. Ángulo críticoReflexión total en un dieléctrico. Incidencia sobre un buen conductor. Incidencia normal en multicapas. Impedancia de onda generalizada. Coeficiente de reflexión generalizado. Problemas.
• Capítulo 5 Guías de onda. Guías de onda y líneas de transmisión.. Guías conductoras de sección rectangular.. Modos de tipo transversal eléctrico (TE). Modos de tipo transversal magnético (TM). Modos guiados y modos en corteCurvas de dispersión. Modo dominante TE1. Potencia transmitida.. Atenuación.. Guías conductoras de sección circular.. Modos TM.. Modos TE.. El cable coaxialModos TEM.. Cavidades resonantes de paredes conductoras.. Modos TE.. Modos TM.. Factor Q de la cavidad y energía almacenada.. Guías de onda dieléctricas. Guías dieléctricas planas.. Modos TE y modos TMCurvas de dispersión... Modos guiados y modos radiados.. Fibras ópticas.. Problemas..
• Capítulo 6 Radiación de antenas elementales. Fundamentos de la radiación electromagnética. Fuentes de radiación. Potenciales dinámicos. Ecuaciones de los potenciales en régimen senoidal permanente. Dipolo eléctrico oscilante. Densidad de carga y corriente en el dipolo eléctrico oscilante. Potencial vector generado por el dipolo eléctrico. Cálculo de los campos E y H. Campos radiados. Características de radiación del dipolo eléctrico. Campos inducidos. Radiación simultánea de dos dipolos. Campo radiado. Resistencia de radiación y ganancia directiva. Radiación de una antena larga de tipo dipolo. Emisión en campo lejano: generalización. Problemas.
• Anexos. Sistemas de coordenadas. Fórmulas de análisis vectorial. Funciones de Bessel. La distribución delta de Dirac.
• Soluciones a los problemas.