Física (plan 2002) 2024-2

Cuarto Semestre, Electromagnetismo I

Electromagnetismo I

Alipio G. Calles

Prof. De T.C. del departamento de Física, Coordinador del Laboratorio Interdisciplinario dedicado a la Nanotecnología y sus aplicaciones.

Ángel Silva (ayudante)

Estudiante de Maestría en el posgrado de Ciencia e Ingeniería de materiales en el Instituto de Física.

HORAS POR CLASE: 2 ; HORAS POR SEMANA: 6 ; HORAS POR SEMESTRE: 96

Objetivos

A partir de la descripción de resultados experimentales sobre los fenómenos electromagnéticos se identifican los conceptos clave, se formulan los principios básicos, se desarrollan métodos de análisis y se estudian sus aplicaciones.

Metodología

La temática del curso es desarrollada por el profesor.

Evaluación del curso:

Una tarea de cinco ejercicios teóricos al final de cada capítulo, juntas equivalen al 40% de la calificación.

Cuatro exámenes parciales (uno cada dos capítulos), equivalentes al 60% de la calificación.

Se tocarán aspectos históricos y habrá simulaciones numéricas de varios fenómenos asociados a la materia en visualizaciones en computadora.

Habrá un “classroom” y un grupo de whatsapp para mejor comunicación profesores-alumnos.

El siguiente temario está basado en el programa oficial y en el orden sugerido por el libro de “Purcell E.M., Morin D. J., Electricity and Magnetism, Berkeley Physics Course, Vol. 3, third ed., 2013”

1. Algo de historia. Cargas eléctricas en reposo. Definición de carga eléctrica, ley de Coulomb, conservación, invariancia de y cuantización de la carga eléctrica. Definición de campo eléctrico. Definición de flujo de campo eléctrico. Ley de Gauss. Campos eléctricos producidos por una línea, plano y esferas de carga. Energía almacenada en el campo eléctrico.
2. Integral de línea del campo eléctrico. Definición de potencial eléctrico, gradiente de un escalar, divergencia y rotacional de vectores. Ley de Gauss en forma diferencial (1ª. Ecuación de Maxwell). Integral cerrada de línea del campo eléctrico (2ª. Ecuación de Maxwell). Ecuaciones de Poisson y de Laplace.
3. Conductores y aislantes. Campos eléctricos en presencia de metales. Teoría de imágenes. Capacitores.
4. Cargas en movimiento. Corriente y densidad de corriente eléctrica. Conductividad eléctrica y la ley de Ohm. La física de la conducción. Circuitos eléctricos. Fuerza electromotriz. Circuitos eléctricos con voltaje, resistencia y condensadores.
5. Campo eléctrico producido por cargas en movimiento. Necesidad de usar la relatividad especial para entender los experimentos de Oersted. ¿Un nuevo campo? Interacción entre cargas en movimiento.
6. Campo magnético. Propiedades de este nuevo campo. Vector potencial. Ley circuital de Ampere. No hay monopolos magnéticos. 3ª y 4ª ecuaciones de Maxwell. Transformaciones de campo eléctrico y magnético ante cambio de sistemas de referencia inerciales. Efecto Hall clásico.
7. Movimiento de una espira en un campo magnético variable. Ley de inducción universal de Faraday. Inductancia mutua. Autoinductancia. Circuitos eléctricos con autoinductancia. Energía almacenada en el campo magnético.
8. Circuitos eléctricos con corriente variable.
9. Corriente de desplazamiento de Maxwell. Las cuatro ecuaciones de Maxwell. Ondas electromagnéticas. Energía transportada por las ondas electromagnéticas, vector de Poynting.
10. Campos eléctricos en medios materiales. Polarización y corrección a la ecuación de Maxwell.
11. Campos magnéticos en medios materiales. Magnetización y corrección a las ecuaciones de Maxwell.

Otra bibliografía

• Halliday, Resnick, Walker. Fundamentos de Ffsica. Vol. II, 8^a. Edicion, Grupo Editorial Patria, (2011).
• Lorrain P., Corson, D.R., 1990, Electromagnetism: principles and applications, W.H. Freeman and Company, (1990).