Electromagnetismo Aplicado /

Incluye Referencias Bibliográficas

Prólogo

XV XIX

Bibliografia

Capítulo 1

Campos eléctricos estáticos

1

1.1. Dimensiones y unidades

1.2. Ley de Coulomb para la fuerza

1.3. Campo eléctrico

1.4. Potencial eléctrico

1247

15. Campo de distribuciones continuas de carga

12

1.6. Superficies equipotenciales

13

1.7. Campos debidos a cargas lineales y superficiales

15

1.8. El gradiente y su uso para obtener el campo de fuerzas a partir del campo de trabajo

1.9. Relación entre el gradiente y la derivada direccional

1.10. Densidad de flujo eléctrico y ley de Gauss

26

1.11. Relaciones entre la ley de Gauss y la ley de Coulomb

30

1.12. Algunas aplicaciones de la ley de Gauss

31

1.13. Condiciones de contorno para el campo eléctrico

38

1.14. Divergencia y forma diferencial de la ley de Gauss

42

1.15. Teorema de la divergencia de Gauss

45

1.16. El operador laplaciana y la ecuación de Laplace

46

1.17. Solución de las ecuaciones de Poisson y Laplace

48

1.18. Solución de la ecuación de Laplace con condiciones de contorno simples 1.19. Potencial máximo y mínimo y soluciones a la ecuación de Laplace

50

56

1.20. Resumen de los métodos de solución de los problemas del campo electrostático

56

Capítulo 2

Conductores y cargas

2.1. Propiedades generales de los materiales

2.2. Corriente eléctrica

2.3. Conservación de la carga y ecuación de continuidad

2.4. Conductividad y ley de Ohm en un punto

2.5. Conductividad y modelo de gas de electrones libres para los metales

2.6. Dependencia de la conductividad de la temperatura

2.7. Conductores, conductores perfectos y superconductores

2.8. Tiempo de redistribución de la carga libre en un material conductor

2.9. Campos interior y exterior de conductores y condiciones de contorno

2.10. Cargas inducidas en los conductores y apantallamiento electrostático

2.11. Una carga puntiforme cerca de una superficie conductora plana. Método de las imágenes

2.12. Ejemplo: Fuerzas que mantienen un electrón evitando que escape de una superficie metálica

2.13. Descargas en gases y descarga en corona en puntos agudos

2.14. Ejemplo: Tormentas y principio del pararrayos

2.15. Ejemplo: Precipitadores electrostáticos en el control de la polución del aire

2.16. Ejemplo: Fotografía electrostática. Xerografía

Capítulo 3

Fuentes de voltaje (FEM) y corriente eléctrica estacionaria

3.1. FEM de una batería y campos eléctricos no conservativos

3.2. Naturaleza de la FEM

3.3. Fuentes de FEM

3.4. Baterías para coches eléctricos

3.5. Condiciones de contorno en la interfase conductor dieléctrico en presencia de corrientes

3.6. Refracción de corriente en el contorno conductor-conductor

3.7. Ecuación de Laplace para distribución de potencial en medios conductores

3.8. Resistencia de conductores en forma arbitraria

39. Energía asociada con el flujo de corriente, ley de Joule

Capítulo 4

Dieléctricos y polarización

4.1. Polarizabilidad de los dieléctricos

4.2. Campos microscópicos y macroscópicos

4.3. Campos de un dipolo eléctrico

4.4. Polarización y constante dieléctrica

4.5. Campos exteriores a un objeto dieléctrico

4.6. Dieléctricos artificiales

4.7. Comparación de la polarización en un dieléctrico y en un conductor

4.8. Corriente de polarización

166

171

172

174

177

183

184

4.9. Ejemplo: Campo de una varilla polarizada permanentemente

4.10. Ejemplo: Campos de una esfera polarizada permanentemente

4.11. Ejemplo: Esfera dieléctrica en un campo eléctrico uniforme

4.12. Cavidades en los materiales dieléctricoa

4.13. Ejemplo: Esfera metálica en un campo eléctrico uniforme

IX

151

153

159

162

165

Capítulo 5

Capacidad, energía y fuerzas

5.1. Definición de capacidad

193

193

5.2. Carga de un condensador: energía de carga

195

5.3. Ejemplo: Condensador esférico

198

5.4. Condensador plano e intensidad dieléctrica

199

5.5. Ejemplo: Capacidad de una línea de transmisión coaxial

201

5.6. Ejemplos: Capacidad de líneas de transmisión de dos hilos paralelos

203

5.7. Condensadores con un medio dieléctrico

207

5.8. Combinación de condensadores en serie y paralelo

211

5.9. Energía almacenada en un condensador

213

5.10. Energía almacenada en un campo eléctrico

216

5.11. Celdillas de campo y significado de e

218

5.12. Energía almacenada en un conjunto de cargas

219

5.13. Energía almacenada en la polarización

222

5.14. Fuerzas entre las placas del condensador

224

5.15. Fuerzas sobre superficies conductoras cargadas

227

5.16. Por qué los objetos dieléctricos se mueven hacia los campos eléctricos más intensos

230

5.17. Ejemplo: Elevación de presión en una superficie líquida debida a un campo eléctrico

233

Capítulo 6

El campo magnético y la fuerza magnética en el espacio libre

243

243

6.1. Introducción

6.2. Dos postulados para el campo magnético

245

6.3. Fuerza magnética entre dos elementos de corriente y entre dos cargas móviles

6.4. Fuerza total sobre una carga móvil: Fuerza de Lorentz

6.5. Campo magnético de un hilo recto largo recorrido por una corriente

6.6. Fuerza entre dos hilos paralelos

6.7. Campo magnético de una espira

6.8. Fuerza entre dos espiras

6.9. Campo magnético en un solenoide y en un toroide

6.10. Par sobre una espira: Dipolo magnético

6.11. Motores y generadores: Fem por movimiento

6.12. Ejemplo: El freno magnético

6.13. Ejemplo: Generación de potencia magnetohidrodinámica

6.14. Ejemplo: Motor de plasma

6.15. Ejemplo: El efecto Hall

Capítulo 7

Ley de Ampère, autoinducción y energía en el campo magnético

7.1. Flujo magnético y densidad de flujo

7.2. Ley de Gauss para campos magnéticos

7.3. Ley de Ampère

7.4. Ley de Ampère en relación a un elemento de corriente y una carga magnética

7.5. Intensidad de campo magnético H y fuerza magnetomotriz

7.6. Aplicaciones de la ley de Ampère

7.7. Autoinducción

7.8. Energía almacenada en una bobina

79. Energía almacenada en un campo magnético

Capítulo 8

Descripción del campo magnético en forma diferencial

8.1. Circulación y rotacional de un campo vectorial

8.2. Forma diferencial de la ley de Ampère

8.3. Teorema de Stokes

8.4. La divergencia y el rotacional como medidas de fuentes escalares y vectoriales

8.5. Dos identidades vectoriales y su relación con los potenciales

8.6. El potencial vector magnético

8.7. Aplicaciones del potencial vector

8.8. Condiciones de contorno para el campo magnético

8.9. Resumen de las condiciones de contorno para campos eléctrico y magnético

366

369

8.10. Resumen de los campos estáticos eléctrico y magnético

Capítulo 9

Materiales magnéticos, imanes y superconductores

9.1. Fuentes de campo magnético

380

379

9.2. Relación entre B, Hy M

388

9.3. Campos H y B para imanes permanentes formulación de la carga magnética equivalente

392

9.4. Campos Hy B para imanes permanentes - formulación de la corriente equivalente

401

9.5. Materiales diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos

409

9.6. Formación de dominios en los materiales ferromagnéticos

436

9.7. Relación de la rotación de los dominios y movimiento de las paredes de los dominios con la curva de histéresis

448

9.8. Ferritas

452

9.9. Superconductividad

453

Capítulo 10

Aplicaciones del magnetismo

10.1. Energía perdida en un ciclo de histéresis

10.2. Pérdidas por corrientes de Foucault

10.3. Energía almacenada en un imán

10.4. Circuito magnético

10.5. Circuito magnético con entrehierros. Electroimanes

10.6. Circuito magnético de un imán permanente

10.7. Fuerza portante de los imanes

10.8. El transformador

10.9. Autoinducción e inducción mutua

10.10. Bobinas y transformadores con núcleo de hierro

515

519

535

10.11. Ejemplo: Cinta magnetofónica

Capítulo 11

Ecuaciones de Maxwell

475

475

479

486

488

491

496

503

506

511

11.1. Ley de Faraday y primera ecuación de Maxwell

11.2. Ley de Gauss y segunda ecuación de Maxwell

536

539

11.3. Ley de Ampère y tercera ecuación de Maxwell

540

11.4. Flujo magnético y cuarta ecuación de Maxwell

544

11.5. Resumen de las ecuaciones de Maxwell 11.6. Ecuaciones de Maxwell para medios materiales

11.7. Potenciales para los campos variables con el tiempo

11.8. Potenciales en presencia de medios polarizables

Capítulo 12

Relatividad y ecuaciones de Maxwell

12.1. Invariancia de las ecuaciones de Maxwell

12.2. Algunas dificultades

12.3. Caso general. Fem debida a movimiento y a transformador

12.4. Cuidado con las líneas de flujo móviles

12.5. De la transformación de Galileo a la de Lorentz

12.6. Ecuaciones de Maxwell a partir de la ley de Coulomb y relatividad restringida

Capítulo 13

Aplicaciones de las ecuaciones de Maxwell: ondas EM y propagación de la energía

13.1. Ecuación de onda

13.2. Ecuación de onda para el espacio libre (Caso sin pérdidas)

13.3. Ecuación de onda en un medio material (Caso con pérdidas)

13.4. Ondas planas senoidales

13.5. Ondas planas en medios aislantes o dieléctricos

13.6. Ondas planas en medios conductores

13.7. Flujo de energía y vector de Poynting

13.8. Vector de Poynting para variación senoidal con el tiempo

13.9. Fuerza de una onda electromagnética y presión por radiación

Capítulo 14

Aplicación de las ecuaciones de Maxwell: reflexión de ondas EM

14.1. Reflexión de ondas electromagnéticas

14.2. Reflexión de ondas planas en un conductor perfecto incidencia normal

14.3. Onda plana que se propaga en cualquier dirección

14.4. Reflexión por un conductor perfecto - incidencia para un ángulo cualquiera

14.5. Reflexión por un dieléctrico incidencia normal

14.6. Reflexión con varios dieléctricos presentes

14.7. Reflexión por un dieléctrico - incidencia a cualquier ángulo

Este libro va destinado a un primer curso para estudiantes en electromagnetismo (EM) que sigan cursos introductorios de física. Es un libro distinto en dos aspectos. Después de enseñar un primer curso de EM varias veces, se observó que ciertos temas presentaban dificultades peculiares a los estudiantes. Éstos se desarrollan con más detalle, o bien se añaden secciones que sean más rigurosas, o secciones que cubran más características del tema. Esto ayuda a los estudiantes a dominar el tema, ya que no tendrán que buscar en libros de consulta. También ayuda a los educadores a elegir el material para una clase, ya que pueden omitir fácilmente, o usar, el material en estas secciones añadidas. La segunda característica del libro es el gran interés por el aspecto práctico del EM. Se han añadido secciones con dispositivos y fenómenos de muy diversos campos que tienen como base fundamental principios de EM. La intención al obrar así es convencer a los estudiantes de que el comprender los fenómenos en muchas áreas, tales como estado sólido, electrónica física, máquinas lineales y rotatorias, microondas, superconductividad, etc., depende del EM. Esto y las secciones acerca de dispositivos estimulan el interés de los estudiantes, pues ellos a menudo tienden a ver un curso de EM como una experiencia árida que no va más allá de unas manipulaciones matemáticas.