
ELECTROMAGNETISMO
Rafael Sanjurjo Navarro
Editorial: García Maroto Editores
Edición: 1
Fecha Publicación: 2011
ISBN: 9788415214151
ISBN ebook: 9788415214199
Páginas: 323
Grado: Universitario
Área: Ciencias y Salud
Sección: Física
Idioma: Español
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Edición: 1
Fecha Publicación: 2011
ISBN: 9788415214151
ISBN ebook: 9788415214199
Páginas: 323
Grado: Universitario
Área: Ciencias y Salud
Sección: Física
Idioma: Español
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Capítulo 1. ELECTROSTÁTICA
1.1. Concepto de carga eléctrica
1.2. Ley de Coulomb
1.3. Campo eléctrico
1.4. Ley de Gauss
1.5. Potencial electrostático
1.6. Dipolo eléctrico
1.7. Acción de un campo electrostático sobre un dipolo eléctrico
1.8. Momentos eléctricos de una distribución de carga
1.9. Conductores eléctricos en un campo electrostático
1.10. Ecuaciones de Poisson y Laplace
1.11. Energía potencial de un sistema de cargas
1.12. Densidad de energía en un campo eléctrico
1.13. Sistema de conductores eléctricos
1.14. Fuerza entre conductores
1.15. Resumen de las ecuaciones de la electrostática
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 2. DIELÉ CTRICOS
2.1. Características generales de los aislantes
2.2. Dipolos atómicos
2.3. Dipolos moleculares
2.4. Campo eléctrico creado por materia polarizada
2.5. Campo eléctrico en el interior de un dieléctrico
2.6. Ley de Gauss en un medio dieléctrico. Vector D
2.7. Dieléctricos lineales
2.8. Análisis microscópico de la polarización
2.9. Polarización permanente. Ferroelectricidad
2.10. Energía en dieléctricos
2.11. Fuerza sobre dieléctricos
2.12. Polarización con campo variable
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 3. CONDUCCIÓN ELÉCTRICA
3.1. Naturaleza de la corriente eléctrica
3.2. Densidad de corriente
3.3. Ley de Ohm. Conductividad eléctrica. Superconductividad
3.4. Modelo para la conducción eléctrica
3.5. Conductividad en los metales
3.6. Disipación de energía en la conducción eléctrica
3.7. Concepto de fuerza electromotriz
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 4. INTERPRETACIÓN RELATIVISTA DEL CAMPO MAGNÉTICO
4.1. Resumen esquemático de la teoría de la relatividad especial o restringida
4.2. Fuerzas magnéticas
4.3. Invariancia de la carga
4.4. Ecuaciones de transformación del campo electrostático
4.5. Campo eléctrico de una carga puntual móvil
4.6. Fuerza entre dos cargas móviles
4.7. Interacción entre una carga móvil y otras cargas móviles
4.8. Definición de campo magnético
4.9. Ecuaciones de transformación del campo electromagnético
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 5. MAGNETOSTÁTICA
5.1. Fuerza entre hilos conductores
5.2. Ley de Biot-Savart. Vector B
5.3. Ecuaciones fundamentales de la magnetostática
5.4. Potencial vector magnético
5.5. Dipolo magnético
5.6. Acción de un campo magnético sobre un dipolo magnético
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 6. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y ENERGÍAMAGNÉTICA
6.1. Ley de inducción de Faraday
6.2. Coeficientes de inducción
6.3. Energía almacenada en un campo magnético
6.4. Fuerza entre dos circuitos acoplados magnéticamente
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 7. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LAMATERIA
7.1. Introducción
7.2. Magnetización
7.3. Campo magnético creado por materia magnetizada
7.4. Campo magnético en el interior de la materia imanada
7.5. Campo H. Fuerza magnetomotriz
7.6. Susceptibilidad y permeabilidad magnética
7.7. Explicación elemental del diamagnetismo
7.8. Explicación elemental del paramagnetismo
7.9. Explicación elemental del ferromagnetismo. Histéresis
Resumen de conceptos
Problemas
Capítulo 8. ECUACIONES DE MAXWELL
8.1. Introducción
8.2. Significado físico de cada una de las ecuaciones de Maxwell
8.3. Ecuaciones de la electrostática
8.4. Ecuaciones de la magnetostática
8.5. Ecuación del circuito eléctrico
8.6. Ecuación de ondas electromagnéticas
8.7. Ondas planas
8.8. Espectro de ondas electromagnéticas
8.9. Energía electromagnética. Vector de Poynting
Resumen de conceptos
Problemas
Apéndice: SISTEMAS DE UNIDADES ELECTROMAGNÉTICAS
Índice
*La edición digital no incluye códigos de acceso a material adicional o programas mencionados en el libro.
El presente texto es el fruto de más de quince años de experiencia en la enseñanza de esta disciplina en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid, a los alumnos de Tercer Curso. Estos alumnos han recibido la formación físico-matemática correspondiente a los primeros cursos de la Universidad, y aunque su futuro profesional en la mayoría de los casos no sea el proyecto y construcción de dispositivos o sistemas eléctricos o electrónicos, todos precisan de unos conocimientos básicos de los fenómenos electromagnéticos para comprender el fundamento de sistemas aeroespaciales, tales como las comunicaciones y las ayudas a la navegación, así como las instalaciones eléctricas en aeronaves y aeropuertos. Se tratan con prioridad los conceptos físicos fundamentales y las ecuaciones matemáticas que los modelizan; en muchos casos se ha sacrificado el rigor matemático de las demostraciones en aras de la interpretación del significado físico de las fórmulas obtenidas. La extensión del libro se ha definido para que pueda ser impartido en treinta clases teóricas más un mínimo de diez clases de ejercicios de aplicación o problemas para fijar los conceptos teóricos. El contenido del mismo puede deducirse inmediatamente de la lectura de los sumarios de cada capítulo, incluidos en el índice general. En síntesis, se estudian la electrostática y la magnetostática en el vacío, la respuesta de la materia frente a los campos eléctrico y magnético, en sus manifestaciones de aislantes, conductores y materiales ferromagnéticos. El campo magnético se introduce desde el punto de vista relativista, si bien puede excluirse el capítulo correspondiente (4) sin perder continuidad el resto. Se trata también la inducción electromagnética, terminando con un capítulo dedicado a las ecuaciones de Maxwell y algo de ondas electromagnéticas. Se ha incluido a modo de apéndice un resumen sobre unidades y sistemas de unidades eléctricas y magnéticas. E n lo que se refiere a la estructuración conceptual de los temas, estimo se deben hacer algunas puntualizaciones. Tradicionalmente los profesores de electromagnetismo nos enfrentamos a un dilema a la hora de decidir si comenzamos la primera clase por las ecuaciones de Maxwell o por la Ley de Coulomb. En el primer caso, a partir de las ecuaciones diferenciales que sintetizan todos los fenómenos electromagnéticos, mediante las técnicas de particularización y simplificación, se deducen los diferentes fenómenos electromagnéticos que conocemos experimentalmente. En el segundo caso se da una visión fenomenológica de los distintos hechos experimentales y se deducen de los mismos los correspondientes modelos matemáticos simples desarrollándose progresivamente la teoría del electromagnetismo hasta llegar a plantear las ecuaciones de Maxwell. La primera versión se asemeja más a las teorías matemáticas modernas presentadas de modo axiomático y en cierto modo similares a las formulaciones, hoy ya clásicas, en Mecánica e incluso en Termodinámica. Esta versión es seguida normalmente cuando los alumnos ya han recibido una formación elemental previa de la teoría, que les ha permitido asimilar los conceptos físicos correspondientes. La segunda parece más adecuada a la evolución histórica, tiene un cierto aire heurístico, es más pedagógica y sobre todo resulta más razonable si los alumnos no han recibido un curso básico completo de Electricidad, aun cuando hayan visto algunas lecciones en un curso general de Física. De todos modos, la elección de un camino u otro, al final resulta ser una cuestión de idiosincrasia y talante pedagógico de cada profesor. Aquí se ha escogido la segunda opción pensando en alumnos de ingeniería o física en los que se den las circunstancias que a mi juicio la hacen más recomendable. No obstante, el capítulo 8, en el que se presentan las ecuaciones de Maxwell, puede servir como primera lección para los partidarios de la versión generalista, para luego continuar analizando en detalle los fenómenos electromagnéticos. Los agradecimientos son de orden vario. A los alumnos, que con sus preguntas han contribuido a mejorar el contexto de este libro. A Jesús Sánchez y Fernando Mercé, por su cuidada mecanografía de los manuscritos con acertadas correcciones de estilo. A Eloy Díaz, por haber interpretado mis dibujos y efectuado la correcta delineación de los mismos. A Ciriaco V. Mazariegos y Julio G. Bernaldo de Quirós, que fueron mis profesores en estas materias. AManuel Abejón, amigo, compañero de claustro, que siempre me animó y me asesoró muy acertadamente en el desarrollo de este libro. Y finalmente, a mi mujer, Mabis, y a mis hijos, Jacobo y María Eugenia, que tuvieron la tolerancia y paciencia suficientes para que mis horas de descanso las dedicase a este libro.
Catedrático de la U.P.M. E.T.S.I. Aeronaúticos
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