portafolio de teoria electromagnetica1 gustavo ortega
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES
CARRERA DE TELECOMUNICACIONES Y REDES
PORTAFOLIO DE TEORIA ELECTROMAGNETICA I
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I. DATOS INFORMATIVOS
Nombres y Apellidos: Ortega Cajilema Luis Gustavo
Dirección domiciliaria: Riobamba
Teléfono: 0983758118
Correo electrónico
institucional y personal:
Código: 126
Fecha: 29/01/2015
II. CONTENIDOS:
Sílabo o Programa de Estudios de Asignatura (PEA) bajo el formato institucional
Copias de pruebas parciales, principal, suspensión rendidas, con la consignación de
calificaciones del docente.
Elementos didácticos: resumen de la asignatura, guías de laboratorio desarrolladas.
Otros componentes académicos: tareas de investigación, vinculación, otros
Comentarios sobre su rendimiento estudiantil
NOTA: Todos estos documentos deben ser preparados en formato físico y electrónico y
entregados al docente de la asignatura al finalizar el período académico, el mismo que
debe tener calificación dentro de la evaluación procesual.
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
SÍLABO INSTITUCIONAL
1. INFORMACIÓN GENERAL
FACULTAD INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA TELECOMUNICACIONES Y REDES
CARRERA INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, TELECOMUNICACIONES Y REDES
SEDE MATRIZ ESPOCH
MODALIDAD PRESENCIAL
SÍLABO DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA I
NIVEL TERCERO
PERÍODO ACADÉMICO
MARZO 2014 – AGOSTO 2014
ÁREA CÓDIGO NÚMERO DE CRÉDITOS
ESPECÍFICA IT03EO5 5
NÚMERO DE HORAS SEMANAL
PRERREQUISITOS CORREQUISITOS
5 IT02BO3 IT02BO2 IT03EO3
NOMBRE DEL DOCENTE ANDRÉS FERNANDO MOROCHO CAIZA
NÚMERO TELEFÓNICO 03 2967107 0968667478
CORREO ELECTRÓNICO [email protected]
TÍTULOS ACADÉMICOS DE TERCER NIVEL
INGENIERO EN ELECTRÓNICA, CONTROL Y REDES INDUSTRIALES.
TÍTULOS ACADÉMICOS DE POSGRADO
2. DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA
2.1. INDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA DE LA ASIGNATURA EN RELACIÓN AL PERFIL PROFESIONAL
La dificultad de la aplicación de las características y leyes del electromagnetismo para entender y explicar la generación de los campos eléctricos y magnéticos, a través de métodos, técnicas y procedimientos en la solución de problemas, intereses y necesidades de las diferentes actividades electromagnéticas, de la producción, los servicios, considerando la relación del encargo social en la que se desenvuelve el hombre, determinando así sus causas, consecuencias y desarrollo para el buen vivir; el estudiante tendrá dificultades en resolver este tipo de problemas que se encuentran en las tarjetas
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electrónicas y medios de transmisión, específicamente en el área de las telecomunicaciones. 2.2. CONTRIBUCIÓN DE LA ASIGNATURA EN LA FORMACIÓN DEL
PROFESIONAL La materia de Teoría Electromagnética I es una materia del área específica dentro del Pensum de Estudios que incide directamente en la formación del alumno; por tanto el estudiante al final del curso debe poseer competencias, conocimientos, destrezas, habilidades y valores que le permitan entender, analizar, diagnosticar, interpretar, definir y explicar el proceso de generación de los campos eléctricos y magnéticos en un problema de electromagnetismo, sus métodos, técnicas y procedimientos en la solución de problemas y estudio de casos que representan en el medio social, en condiciones de normalidad, contingencia y alteración, en situaciones conocidas y nuevas de complejidad creciente, mediante la utilización del sistema de habilidades y conocimientos esenciales de las leyes de Coulomb, Kirchhoff, Ohm, Ampere, Gauss, Biot-Savart, Faraday, Lenz, Poisson, Laplace, Joule, Poynting, Sneel y Maxwell, empleados para resolver los problemas de electromagnetismo, con el propósito de contribuir al desarrollo de la ciencia y el mejoramiento de la sociedad. 3. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA Definir, interpretar, explicar y manifestar dominio de una concepción científica mediante un enfoque teórico - sistemático en función de métodos, técnicas y procedimientos para el análisis de la generación y comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos presentes en diferentes medios de conducción, para lo cual el estudiante aprenderá a calcular los campos eléctricos y magnéticos en presencia de materiales conductores y aislantes, que permita actuar de forma consciente y activa en la ejecución de las tareas y la solución de los problemas electromagnéticos y de la ciencia; que permitan desarrollar las capacidades, cualidades y conductas valiosas de la personalidad del estudiante para que enfrente con responsabilidad, integridad, humanismo, ética, estética, independencia, creatividad y autorrealización en la solución de problemas de la sociedad y de su profesión a nivel local, nacional e internacional. 4. CONTENIDOS
UNIDADES OBJETIVOS TEMAS
1. CAMPO ELÉCTRICO ESTÁTICO EN AUSENCIA DE
Explicar el campo eléctrico estático en ausencia de dieléctricos, utilizando la Ley de Coulomb, ley de Gauss en forma diferencial,
1.1 Ley de Coulomb. 1.2 Campo eléctrico
estático para diferentes distribuciones de
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DIELÉCTRICOS
ecuación de Poisson y Laplace, teorema de la divergencia, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos) para que realice cálculos de la fuerza eléctrica, campo eléctrico y potencial eléctrico utilizando gradientes, divergencias y laplacianos en coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas producido por las cargas.
carga. 1.3 Potencial
electrostático. 1.4 Intensidad de campo
eléctrico a partir del potencial electrostático.
1.5 Superficies equipotenciales
1.6 Ley de Gauss. Angulo sólido.
1.7 Comportamiento de los conductores en el campo electrostático.
1.8 Pantalla electrostática. 1.9 Forma diferencial de
la Ley de Gauss. 1.10 Ecuaciones de
Poisson y Laplace. 1.11 Relación entre
potencial electrostático y cargas sobre cuerpos conductores. Capacitancia.
2. CAMPO ELÉCTRICO ESTÁTICO EN PRESENCIA DE DIELÉCTRICOS
Explicar el campo eléctrico estático en presencia de dieléctricos, utilizando la Ley de Gauss en forma generalizada a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos) para que realice cálculos de los campos eléctricos, potencial eléctrico, el vector desplazamiento, densidades superficiales y volumétricas de polarización, producidos
2.1 Comportamiento de
dieléctricos en un campo eléctrico estático.
2.2 Potencial y campo eléctrico de un dipolo y de un agregado de dipolo. Vector polarización.
2.3 Distribución de carga equivalente para un dieléctrico polarizado.
2.4 Forma generalizada de la Ley de Gauss. El vector de desplazamiento eléctrico.
2.5 Condiciones de frontera.
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por las cargas.
3. CORRIENTE
ELÉCTRICA ESTACIONARIA EN CONDUCTORES
Explicar la corriente eléctrica estacionaria en materiales conductores, utilizando la ecuación de la continuidad, ley de Ohm en forma puntual, ley de Joule, teorema de la divergencia, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias) para que realice cálculos de la conductancia y resistencia, especialmente de la resistencia de un sistema de tierra, cuando los electrodos están aterrizados.
3.1 Densidad e intensidad
de corriente.
3.2 Ecuación de la continuidad.
3.3 Mecanismo de flujo de corriente en sólidos y líquidos conductores. Fuente de fuerza electromotriz.
3.4 Ley de Ohm en forma puntual. Conductividad y resistividad.
3.5 Ley de Joule. 3.6 Propiedades
generales de los campos de corriente estacionaria.
3.7 Condiciones de frontera.
3.8 Conductancia y resistencia.
4. MAGNETOSTÁTIC
A EN AUSENCIA DE MATERIALES MAGNÉTICOS
Explicar la magnetostática en ausencia de materiales magnéticos, utilizando la ley de Biot-Savart, ley circuital de Ampere, teorema de Stokes, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales) para que realice cálculos de la intensidad de campo magnético, densidad de flujo magnético utilizando el potencial vectorial magnético, en coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas.
4.1 Fuerza magnética
entre dos cargas pequeñas en movimiento.
4.2 El concepto del campo magnético. Densidad de flujo magnético.
4.3 El campo magnético de corriente eléctrica estacionaria. Ley de Biot-Savart.
4.4 Flujo magnético y sus propiedades.
4.5 Ley circuital de Ampere.
4.6 Forma diferencial de la Ley circuital de Ampere.
4.7 Potencial vectorial
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magnético.
5. MAGNETOSTÁTIC
A EN PRESENCIA DE MATERIALES MAGNÉTICOS.
Explicar la magnetostática en presencia de materiales magnéticos, utilizando la ley circuital de Ampere en forma generalizada, teorema de Stokes, a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales), para que realice cálculos de intensidad de campo magnético H, densidad de flujo magnético B, vector magnetización M, densidad de corriente de magnetización JM, densidad de corriente superficial de magnetización JMS, desarrollo de circuitos magnéticos (cálculo de la reluctancia magnética, flujo magnético, H, B)
5.1 Torque en un lazo de
corriente circular en un campo magnético uniforme. Dipolo magnético.
5.2 Potencial vectorial magnético de un lazo de corriente elemental y de un agregado de lazo. Vector de magnetización.
5.3 Corriente macroscópica equivalente a una sustancia magnetizada.
5.4 Forma generalizada de la Ley circuital de Ampere. Intensidad de campo magnético. (permeabilidad relativa, susceptibilidad magnética).
5.5 Condiciones de frontera.
5.6 Propiedades físicas de materiales magnéticos. Curva de magnetización de materiales ferromagnéticos.
5.7 Circuitos magnéticos. 5.7.1 Circuitos magnéticos lineales cuasi-filamentales. 5.7.2 Análisis aproximado de circuitos magnéticos lineales no filamentales. 5.7.3 Análisis aproximado de circuitos magnéticos
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no lineales 5.7.4 Circuito magnético de un imán permanente.
6. INDUCCIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
Explicar la inducción electromagnética, utilizando la ley general de inducción electromagnética (Ley de Faraday) a través de la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales) para que realice cálculos de la fuerza electromotriz inducida
6.1 Fuerza entre dos
cargas pequeñas en un movimiento arbitrario lento.
6.2 Inducción electromagnética. Caso lazo estacionario.
6.3 Fuerza electromotriz inducida en conductores moviéndose en un campo magnético estático.
6.4 Inductancia mutua y auto-inductancia.
7. ECUACIONES DE MAXWELL
Explicar las ecuaciones de Maxwell, utilizando la ley de inducción de Faraday, matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales), ley circuital de Ampere, recopilación de las ecuaciones de los capítulos anteriores para obtener las 4 ecuaciones de Maxwel en forma integral, diferencial y compleja. Además para explicar el teorema de Poynting.
7.1 Ecuaciones generales
del campo electromagnético (ecuaciones de Maxwell).
7.2 Forma compleja de las ecuaciones de Maxwell.
7.3 Condiciones de frontera.
7.4 Teorema de Poynting.
8. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Desarrollar las ondas electromagnéticas utilizando la matemática vectorial (gradientes, divergencias, laplacianos, rotacionales) y las ecuaciones de Maxwell,
8.1 Ondas
electromagnéticas. 8.2 Ecuación de onda en
el espacio libre (caso sin pérdida)
8.3 Ecuación de onda en
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para generar las ondas planas sinusoidales.
medios materiales (caso con pérdidas)
8.4 Ondas planas sinusoidales.
8.5 Naturaleza transversal de las ondas planas.
8.6 Reflexión y refracción de ondas planas.
5. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Activa, participativa y acciones natural del estudiante, basados en problemas y proyectos.
Se aplicará el método de exposición directa de parte del profesor y paralelamente se hará participar al estudiante, aplicando sus conocimientos adquiridos en el curso. Se plantearán problemas integradores después de cada tema haciendo el curso aplicativo a la especialidad. Adicionalmente para reforzar el conocimiento se enviaran tareas a casa y se realizarán talleres en grupo. 6. USO DE TECNOLOGÍAS Para impartir el conocimiento se utilizarán recurso materiales como pizarrón, marcadores de tiza liquida, así como proyector y computadora; se demostrará experimentalmente la temática estudiada con el uso de equipos de laboratorio. 7. RESULTADOS O LOGROS DE APRENDIZAJE
RESULTADOS O LOGROS DEL APRENDIZAJE
CONTRIBUCION (ALTA,MEDIA,
BAJA)
EL ESTUDIANTE SERÁ CAPAZ DE
a. Fortalecer el pensamiento lógico deductivo para la resolución de problemas dentro de la carrera
MEDIA
Aplicar las derivadas, integrales, divergencias, gradientes, rotacionales, teorema de la divergencia, teorema de Stock en el desarrollo de la Teoría Electromagnética I.
b. Adquirir los conocimientos que le permitan identificar y analizar problemas de ingeniería electrónica, Telecomunicaciones y Redes.
ALTA
Discutir el planteamiento de un problema de Teoría Electromagnética I para su resolución posterior.
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c. Implementar de manera eficaz la solución de problemas dentro de la carrera.
ALTA
Formular y resolver de manera eficaz la solución de un problema de teoría electromagnética I, utilizando las leyes y criterios del electromagnetismo, tales como, la Ley de Gauss, teorema de la divergencia, ecuaciones de Poisson y Laplace, forma generalizada de la ley de Gauss en forma diferencial e integral, vector de polarización, vector de desplazamiento, vector de magnetización, ley de Ohm en forma puntual, ley circuital de Ampere en forma diferencial e integral, potencial vectorial magnético, ley de Biot-Savart, densidad de corriente de magnetización, forma generalizada de la ley circuital de Ampere en forma diferencial e integral, densidad de corriente de magnetización, reluctancia en circuitos magnéticos, ley de inducción electromagnética de Faraday, forma diferencial de la ley Faraday-Maxwell, teorema de Poynting y vector de Poynting; para resolver un problema de electromagnetismo.
d. Manejar las diferentes herramientas tecnológicas para su aplicación en la resolución de problemas de la carrera.
MEDIA
Utilizar laboratorios y software especializado como una herramienta para la solución de problemas de Teoría Electromagnética I.
e. Demostrar su capacidad de integración en equipos multidisciplinarios de trabajo, alcanzando un enfoque holístico en la resolución de problemas
ALTA
Organizar grupos multidisciplinarios para resolver problemas de Teoría Electromagnética I y realizar tareas de investigación.
f. Demostrar un comportamiento ético, con eficacia y eficiencia
ALTA
Practicar con responsabilidad y ética requerida en los trabajos
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profesional. multidisciplinarios que realiza en el ejercicio profesional.
g. Utilizar la comunicación oral, escrita, gráfica y electrónica contribuyendo en el desarrollo profesional.
BAJA Describir los resultados alcanzados mediante una comunicación efectiva.
h. Desarrollar habilidades destrezas y aptitudes para construir conocimiento.
BAJA
Identificar habilidades para interpretar las normas y leyes electromagnéticas para construir conocimiento.
i. Conocer los entornos relacionados con su perfil profesional.
BAJA
Citar temas prácticos vinculados con el área de formación.
8. AMBIENTES DE APRENDIZAJE
Para un efectivo aprendizaje de esta asignatura se deberá contar con un espacio físico adecuado para transferir los conocimientos profesor – estudiante, todo esto enmarcado en un ambiente de investigación en el campo de la Teoría Electromagnética I. 9. SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
ACTIVIDADES A EVALUAR
PRIMER PARCIA
L
SEGUNDO PARCIAL
TERCER PARCIA
L
EVALUACIÓN
PRINCIPAL
SUSPENSIÓN
Exámenes 12 20
Lecciones 5 6 5
Tareas Individuales 1
Informes
Fichas de Observación
Trabajo en Equipo 3 3 2
Trabajo de Investigación
2
Portafolios 1
Aula Virtual
Otros
TOTAL 8
PUNTOS 10
PUNTOS 10
PUNTOS 12
PUNTOS 20
PUNTOS
10. BIBLIOGRAFÍA
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BÁSICA
Hayt, William – Buck, John. (2012). Teoría Electromagnética. Mc Graw Hill. Octava edición
POZAR, David M. (2005). Microwave Engineering. United States of America: John Wiley
COMPLEMENTARIA
KRAUS, John. (2000). Electromagnetismo. México: McGraw Hill. Quinta edición
POPOVIC, Branko. Introducción al Electromagnetismo.
Marshall-DuBroff y Skitek, Stanley. (1997). Electromagnetismo Conceptos y Aplicaciones. México: Prentice Hall.
INFANTE, Pedro. (2009).Electromagnetismo Básico e Introducción a los Circuitos Eléctricos. Ecuador: Copy Center.
LECTURAS RECOMENDADAS
POPOVIC, Soya. (2001). Introducción al Electromagnetismo. México: CECSA.
MIRANDA-SEBASTÁN-SIERRA y MARGINEDA, José Miguel. (2002). Ingeniería de Microondas Técnicas experimentales. España: Prentice Hall.
Demarest, Kenneth R. (1998). Engineering Electromagnetics. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall.
WEBGRAFÍA
http://www.freelibros.com/electronica/teoria-electromagnetica-7ma-edicion-hayt-jr-buck.html http://www.buscalibros.cl/microwave-engineering-pozar-david-cp_1670642.htm BIBLIOTECA VIRTUAL
Guru, Bhag Singh Hiziroglu, Huseyin. 2004. Electromagnetic Field Theory Fundamentals (2nd Edition) . Cambridge University Press http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10131713&p00=electromagnetic%20theory.
Arya, S.N. 2009. Fundamentals of Magnetism and Electricity. Navyug. Publishers & Distributors
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http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10415222&p00=electric%20field.
Tayal, D.C. 2009. Electricity and Magnetism. Himalaya Publishing House. http://site.ebrary.com/lib/espoch/docDetail.action?docID=10415192&p00=electric%20field.
FIRMA DEL DOCENTE DE LA ASIGNATURA
FIRMA DEL COORDINADOR DE
ÁREA
FIRMA DEL DIRECTOR DE ESCUELA
FECHA DE PRESENTACIÓN
25 de septiembre de 2014.
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CAÑON DE GAUS
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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA
INGENERIA EN REDES Y TELECOMUNICACIONES
Gustavo Ortega /126
Hernán Cayambe/ 689
Ángel Cazia /20303
CAPITULO I: GENERALIDADES
RESUMEN
En este proyecto tratamos de realizar una práctica real acerca de la investigación real a cerca del experimento
de Gauss en lo que armamos "Rifle de Gauss" o también conocido como "Cañón de Gauss". Esta arma es
muy poco usada ya que no es de fácil uso a veces cuenta con partes muy grandes y pesadas además de ser de
un manejo un poco difícil de maneja si no se cuenta con la experiencia adecuada.
Un cañón Gauss reticencia es básicamente un solenoide que puede lanzar proyectiles de hierro o acero
mediante una cuidadosa sincronización de la corriente de la bobina.
ABSTRACT
It analyzes the Faraday cage which is known as the effect whereby the electromagnetic field inside a
conductor in balance is null canceling the effect of external fields, which is due to the polarization acquired
by the driver that generates an electric field equal in magnitude but opposite in direction of the
electromagnetic field and the sum of these is zero.
The purpose of this project is to demonstrate an easy and simple way the physics of the Faraday cage,
showing what happens when a device that uses electromagnetic waves, enters inside the Faraday cage.
The main reason I chose this project because it is manifested in many everyday situations, one is the
malfunctioning of mobile phones in elevators or buildings with steel grating structures. It is also one of the
most convenient to undertake projects as it is based on the properties of a conductor in electrostatic
equilibrium.
Palabras claves: campo electromagnético, conductor, polarización eléctrica,
electroestático, electroscopio
“Saber para Ser”
CAPITULO II: CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
La búsqueda interminable de la unificación de la
ciencia ha sido cumbre de varios filósofos de la
naturaleza desde varios siglos atrás, ante de ello
que la trinidad propia fuera la electricidad, el
magnetismo y la fuerza gravitatoria. Es
interesante conocer que a lo largo de la historia
han existido variedad de ideales sobre estas
tres, Newton unificó la gravitatoria, años más
tarde, en la Revolución Industrial un interesado
joven de una familia obrera decidió poner fin a
los misterios de esta terna: Michael Faraday.
Este joven unificaba por fin la relación entre la
fuerza magnética y eléctrica en unas sencillas
palabras que más tarde James Clerk Maxwell
traduciría al lenguaje matemático quedando
plasmada tal ecuación en la historia científica.
Ante esta premisa nuestro proyecto está
basado en los hechos prácticos de la
investigación del matemático, físico y
astrónomo alemán Carl Friederich Gauss sobre
la interacción de la electricidad y el
magnetismo.
El cañón de gauss puede definirse como un acelerador magnético, que impulsa proyectiles ferromagneticos (metálicos) a una distancia dada dependiendo de la fuerza, y puede alcanzar grandes velocidades.
Mediante este proyecto se pueden observar varios fenómenos del electromagnetismo como
la conducción eléctrica, la generación de campo magnético (Ley de Ampere), o la fuerza eléctrica (Ley de Lorenz).
A continuación describiremos el funcionamiento y los pasos para la construcción de dicho dispositivo.
DESCRIPCION DE LA INVESTIGACION
Capítulo I
HISTORIA
El origen del Rifle de Gauss se debe a Carl Friedrich, ya que fue el responsable de algunas de las demostraciones de las leyes por las que este artefacto se rige. A Kristian Bikerland se le atribuye la invención del Rifle, La razón por la que el Rifle lleva el nombre del Gauss es porque este compro la patente del artefacto en el año de 1900. El invento fue considerado en convertirse en un arma útil pero la idea que tenían era totalmente errónea, así que decidieron abandonar la idea de convertir al rifle en un arma útil.
El Rifle Gauss es considerado peligroso si no se tiene el conocimiento necesario para manejar un arma con tan alta magnitud. Los aficionados a este tipo de armas o artefactos optan por realizar una recreación de este de una manera menos peligrosa y más económica.
Capitulo II
CAÑON DE GAUS
Consiste en un solenoide con un proyectil de
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acero colocado a mediados de la bobina inicial. Una gran corriente es pulsada por la bobina creando un fuerte campo magnético, atrayendo el proyectil al centro de la bobina. Cuando el proyectil se acerca a este punto, la bobina es desconectada y la siguiente puede ser encendida, acelerando cada vez más el proyectil con las etapas sucesivas. Esto cuando se plantee para una sucesión de solenoides, para nuestro caso solamente usaremos uno con lo cual podemos predecir que el proyectil no va a alcanzar una gran velocidad pero podremos ver los fenómenos que queremos analizar. El cañón debe su nombre a Carl Friedrich Gauss, quién formuló las demostraciones matemáticas del efecto electromagnético que describe su funcionamiento.
La corriente inducida a través el solenoide o bobina genera un campo magnético en el centro del cañón (tubo), La bala sale disparada debido a la inducción que sufre y puede alcanzar velocidades nada despreciables.
Podemos aplicar la ley de gauss, y también podemos hacer un análisis apoyándonos en otras leyes del electromagnetismo, que exponemos a continuación se muestra en la Imagen No1
Esta relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica encerrada por esta superficie, en este caso nuestro proyectil que se encuentra en el centro del cilindro
REGLAS QUE RIGEN EN EL CAÑON DE
GAUSS
Ley de Ampere Ley de Lorenz No 3.
La segunda regla nos dice que el campo eléctrico dentro de un conductor en equilibrio es cero, la regla 1 nos dice que la carga del conductor se encuentra por completo en la superficie (frontera), es decir la superficie del volumen conductor se convierte en una barrera donde las cargas se mueven hacia y alrededor de la superficie para generar campos exactamente opuestos a cualquier carga que busca cruzar la frontera , manteniendo así un interior libre de interferencias eléctricamente externa.
DEMOSTRACION TEORICA
Existe un campo dentro de la bobina
Si realizamos una aproximación del campo
producido por la bonina teniendo en cuentas el
número de espiras de la misma tendremos que
la densidad de espiras es igual a
L=6.5
Número de vueltas= 180
D=0.5cm
I=3A
N=n/l
N=170/0.065m
N=2615.38 vueltas/m
La intensidad de campo magnético en nuestra
bobina esta dado por
H=NxI/L
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H=(180)(3)/0.065
H=8307.69 A/m
La fuerza magnética de nuestra bobina esta
dado por
F=NxI
F=(180)(3)
F=540
El campo magnético de nuestra bobina esta
dado por
B=(u)(N)(I)
B=(4x10 -7)(2615.38)(3)
B=9.85 x10 -3 T
Tomando en cuenta que estamos trabajando en
el vacio
La inductancia de nuestra bobina esta dada por
R= radio de la bobina
N=numero de vueltas
L=longitud
D=ancho de la bobina
L=((r) (N) (26r)) + (6.5) + (0.25)
L=7.1 uH
La fuerza con la que sale el proyectil esta dada
por
F=(c) (V) (N)
F=(1400uf) (50) (60)
F=42.3 J
CARACTERISTICAS DEL CAÑON DE GAUSS
El cañón Gauss ha sido propuesto para el envío de carga útil al espacio, de igual manera se utiliza en armamento, para equipar buques de guerra etc.
Como arma, las ventajas del cañón Gauss incluyen el hecho de que no tienen partes movibles, aparte del proyectil, y el dato de que el único ruido perceptible es el movimiento del proyectil cuando este alcanza una alta velocidad.
A pesar de que este tipo de armas pueden lograr velocidades muy altas, otras como las armas de rail, pueden alcanzar velocidades supersónicas.
Hoy en día las pruebas realizadas con cañones de riel alcanzan velocidades de disparo de entre 7 y 9 Match es decir
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entre y 7 y 9 veces la velocidad del sonido
USOS DE LA JAULA DE FARADAY
En la actualidad se utiliza la jaula de Faraday
como blindaje para distintos aparatos como por
ejemplo:
La protección de aparatos electrónicos de campos eléctricos externos.
La utilización en laboratorios o en construcciones edilicias.
En recintos conductores cerrados como ascensores donde los teléfonos y los radios no se puede escuchar o no tienen recepción de señal.
Existen también ciertas edificaciones que no pueden recibir ondas de campo eléctrico.
APLICACIONES DE LA JAULA DE
FARADAY.
Algunas de las aplicaciones destacadas son:
El funcionamiento de un microondas para calentar alimentos se basa en la jaula de Faraday.
El coche forma una jaula de Faraday para proteger a sus ocupantes en caso de que el vehículo sea alcanzado por un rayo.
Dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, dispositivos de audio emplea el principio de la jaula de Faraday para evitar inferencias de ruido entre los altavoces y micrófonos.
PRUEBAS DEL PROYECTO
Con el celular que contenga radio sintonizamos una emisora que se oiga bien potente.
Tenemos que tomar en cuenta que la radio utiliza ondas electromagnéticas; las cuales son generadas por campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo.
Introducimos el celular en la caja de aluminio o en la malla metálica que forma la Jaula de Faraday.
Escucharemos como la señal de radio que hemos sintonizado deja de sonar esto se produce porque la onda electromagnética llega a la superficie metálica o de aluminio y en su interior el campo eléctrico es cero.
La onda que necesita al campo eléctrico variable para propagarse, no puede existir y, por lo tanto, no puede llegar hasta la antena del aparato receptor de radio.
CONCLUSIONES
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Una vez concluido el desarrollo del proyecto y luego de realizar varias pruebas, pudimos ver aplicados varios fenómenos electromagnéticos y de una manera más práctica, sus aplicaciones a diversos dispositivos. De igual manera se pudo hacer un análisis matemático a dicho dispositivo con cual pudimos de alguna forma aproximar tanto las fuerzas como dichos fenómenos.
Dado que ya se habían estudiado los conceptos en que se fundamenta el funcionamiento del cañón, resultó bastante útil el realizarlo porque se pudieron observar estos fenómenos de una forma más práctica e interesante
RECOMENDACIONES
Asegurar que en las estructura de la
Jaula de Faraday no se realicen
cavidades que degraden el blindaje
electromagnético.
Realizar el respectivo mantenimiento
periódico del blindaje, asegurando la
continuidad eléctrica de la misma, para
evitar la corrosión de la jaula de
Faraday.
Evitar la humedad excesiva, en la jaula
derrame de agua, aceite, líquidos. Etc.
7.- GRAFICOS Y TABLAS
Ley de gauss
Imagen N°1
Fuente:
http://www.wisphysics.es/2007/10/constr
uyendo-un-canon-gauss
“Saber para Ser”
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8.-DEFINICIONES
Campo Electromagnético: Un campo
electromagnético es un campo físico, de
tipo tensorial, producido por aquellos
elementos cargados eléctricamente, que
afecta a partículas con carga eléctrica. El
campo electromagnético se divide en
una "parte eléctrica" y en una "parte
magnética".[10]
Conductor: Un conductor eléctrico es
un material que ofrece poca resistencia
al movimiento de carga eléctrica. Son
materiales cuya resistencia al paso de la
electricidad es muy alta. Los mejores
conductores eléctricos son metales,
como el cobre, el oro, el hierro y
el aluminio.[11]
Polarización Eléctrica: En
el electromagnetismo clásico,
la polarización eléctrica (también
llamada densidad de polarización o
simplemente polarización) es el campo
vectorial que expresa la densidad de los
momentos eléctricos dipolares
permanentes o inducidos en un material
dieléctrico.[12]
Carl Friedrich Gauss. Fue un
matemático, astrónomo y físicoalemán
Llamado el príncipe de las matemáticas
por sus grandes contribuciones en el
análisis matemático, teoría de los
números, álgebra, magnetismo y
electricidad13]
Electromagnetismo. Es la rama de la
física que se encarga del estudio de
fenómenos eléctricos y magnéticos.
Campo eléctrico. Es el espacio
alrededor de una carga eléctrica
energizado por un capo eléctrico.
Campo magnético. Es una región del
espacio en la cual una carga eléctrica
puntual de valor A, que se desplaza a
una velocidad B, sufre los efectos de una
fuerza perpendicular y proporcional
tanto a la velocidad B, como al campo
A.
Electrónica. La electrónica es la rama
de la física y especialización de la
ingeniería, que estudia y emplea
sistemas cuyo funcionamiento se basa en
la conducción y el control del flujo
microscópico de los electrones u otras
partículas cargadas eléctricamente.
Circuito.Conjunto de conductores que
recorre una corriente eléctrica, y en el
cual hay generalmente intercalados
aparatos productores o consumidores de
esta corriente.
Capacitor (condensador). Sistema de
dos conductores, separados por una
lámina dieléctrica, que sirve para
almacenar cargas eléctricas.
“Saber para Ser”
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Led. Diodo de material semiconductor
que emite luz al aplicar una tensión
eléctrica, y que se utiliza para componer
imágenes en pantallas de diversos
instrumentos eléctricos.
Resistencia. Elemento que se intercala
en un circuito para dificultar el paso de
la corriente o para hacer que esta se
transforme en calor.
Bobina eléctrica. Componente de un
circuito eléctrico formado por un
alambre aislado que se arrolla en forma
de hélice con un paso igual al diámetro
del alambre14]
9.- REFERENCIAS
[1]http://www.monografias.com/trabajos94/rifle-
gauss-casero/rifle-gauss-
casero.shtml#ixzz3PJE7tcrX