Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo Científico-Tecnológico Transversal

Materia M31.- Amplicación de Matemáticas y Física

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Descripción/Contenidos

• Magnetismo en la materia. Ciclo de histéresis y saturación magnética.
• Imanes permanentes.
• Circuito magnético: fuerza magnetomotriz (Fuerza de tensión magnética.)
• Ondas electromagnéticas.
• Líneas de transmisión. Propagación de ondas en modo TEM.

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Descriptores

• Magnetismo en la materia. Ciclo de histéresis y saturación magnética.
• Imanes permanentes.
• Fuerza magnetomotriz (Fuerza de tensión magnética).
• Ondas electromagnéticas.
• Líneas de transmisión. Propagación de ondas en modo TEM.

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Competencias genéricas

Competencias Globales

• CG1: Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial, que tengan por objeto la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas yelectrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación yautomatización.
• CG2: Capacidad para la dirección de las actividades objeto de los proyectos deingeniería descritos en el epígrafe anterior.
• CG3: Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para elaprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.
• CG4: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial.

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Competencias específicas

• CFB1: Poseer capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal; geometría; geometría diferencial; cálculo diferencial e integral; ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales; métodos numéricos; algorítmica numérica; estadística y optimización.
• CFB2: Comprender y dominar los conceptos básicos sobre las leyes generales de mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
• CFB3: Poseer conocimientos básicos sobre el uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos con aplicación en ingeniería.

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Resultados aprendizaje

• R1. Comprender los fenómenos asociados al magnetismo en y de la materia.
• R2. Calcular la fuerza magnetomotriz, (fuerza de tensión magnética.
• R3. Conocer y calcular sistemas con imanes permanentes.
• R4. Conocer los fundamentos de los campos radiados.
• R5. Conocer los principios de la propagación de ondas en modo TEM en líneas de transmisión.

Los anteriores resultados de aprendizaje se comentan de forma más detallada a continuación.

- Conocer y dominar el origen del momento magnético y de la imanación de los diferentes materiales magnéticos: propiedades fundamentales y características técnicas más importantes de ellas derivadas: corrientes de imanación, polos de imanación.

- Conocer y calcular el campo magnético producido por diferentes materiales: mediante corrientes de imanación y mediante polos de imanación

- Conocer la estructura de dominios magnéticos, de las paredes magnéticas entre dominios y de los procesos de imanación estableciendo la relación con los parámetros magnéticos técnicos más importantes y con el ciclo de histéresis.

- Saber calcular la energía térmica disipada por unidad de volumen por un material mgnético por cada ciclo de histéresis

- Saber calcular los procesos de imanación por rotaciones de la imanación, para anisotropía uniáxica, y por desplazamiento de paredes

- Saber calcular el circuito magnético en el caso de activación magnética por corrientes eléctricas y componentes magnéticos lineales: campo magnético en el entre-hierro. Saber calcular la reluctancia de un circuito magnético, de un tramo, y de diferentes asociaciones de varios tramos

- Saber calcular el circuito magnético en el caso de activación magnética por imanes: campo magnético en el entre-hierro

- Saber calcular la energía magnética almacenada en el entrehierro y su relación con los parámetros característicos del material

- Conocer los parámetros intrínsecos y el ciclo de histéresis intrínseco del material magnético de un imán

- Saber calcular los parámetros característicos de un imán, su línea de carga, su punto de trabajo y su producto BH máximo.

- Conocer y dominar los fundamentos del campo electromagnético, C-EM: origen y propiedades; generación y propagación de ondas EM planas monocromáticas en medios aisladores, propiedades y parámetros característicos; generación y propagación de ondas EM planas monocromáticas en medios conductores, propiedades y parámetros característicos.

- Conocer y dominar los fundamentos de la propagación del C-EM en diferentes medios materiales; reflexión y refracción de la onda electromagnética. Guías de ondas: modos de propagación. Propagación en modo TEM.

EXPERIMENTALMENTE:

- Saber el fundamento de la medida y medir el ciclo de histéresis de varios materiales magnéticos al menos por uno de los procedimientos: i) por inducción a muy baja frecuencia, cuasi-estático, FC-E; ii) por inducción a FC-E con influencia de la forma; iii) por inducción a frecuencia media por medio de ac; iv) por inducción a frecuencia media por medio de ac e influencia de la tensión mecánica aplicada.

- Saber el fundamento de la medida y medir el campo magnético en el entrehierro y la energía magnética en él almacenada, de un circuito magnético al menos en uno de los casos: i) magnéticamente activado por corrientes eléctricas y distintas longitudes del entrehierro; ii) magnéticamente activado por un imán y distintas longitudes del entrehierro y distintos volúmenes del imán.

En casos especiales y alumnos con mayor experiencia:

- Saber el fundamento de la medida y medir el ciclo de histéresis de varios materiales magnéticos en forma de película delgada por medio de la interacción de onda electromagnética con material magnético, efecto magnetoóptico Kerr transversal.

- Determinar las características de un imán conociendo el fundamento de la medida y midiendo el campo magnético que produce en puntos del exterior del imán, en su interior y determinando sus corrientes de imanación.

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Metodología

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

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Temario

Tema 1. Magnetismo en la materia. Ciclo de histéresis y saturación magnética.

Origen del momento magnético y de la imanación de los materiales: la interacción de canje, ferromagnetismo, imanación espontánea. Anisotropía magnética. Los dominios magnéticos, paredes entre dominios. Procesos de imanación: rotación de la imanación, movimiento de paredes magnéticas, el ciclo de histéresis y sus parámetros, saturación de la imanación, M_s(T).  

Tema 2. Imanes permanentes.

Parámetros característicos de un imán: campo coercitivo, imanación remanente, el producto B_rH_c. Materiales magnéticamente duros: alta anisotropía magnética, bloqueo de paredes magnéticas. Materiales para imanes: alta imanación, alta anisotropía, alta temperatura de Curie. El efecto de la forma de un imán: energía magnetostática.

Tema 3. Fuerza magnetomotriz (fuerza de tensión magnética)

El circuito magnético: fuerza magnetomotriz, reluctancia. Circuitos magnéticos acoplados: en serie y en paralelo. Circuitos magnéticos sólo con imanes: campo desimanador, campo magnético en el entrehierro, energía magnética en el entrehierro, el producto (BH)_max.

Tema 4. Ondas electromagnéticas.

Ecuaciones de Maxwell: deducción de la onda electromagnética. Ondas en medios aisladores y ondas en medios conductores Propiedades de los vectores campo eléctrico y campo magnético de la onda electromagnética. Radiación de la onda electromagnética del dipolo oscilante: potencia radiada, resistencia a la radiación.

Tema 5. Transmisión de ondas electromagnéticas en medios materiales: líneas de transmisión, propagación de ondas en modo TEM.

Transmisión de ondas en medios aisladores y en medios conductores. Reflexión y refracción de la onda electromagnética. Guías de ondas: modos de propagación. Propagación en modo TEM.

LABORATORIO

1. Ciclo de histéresis de un material magnéticamente blando.
2. Ciclo de histéresis de un material magnéticamente duro.
3. Ciclo de histéresis: influencia de la forma del material.
4. Ciclo de un material magnetoelástico: influencia de la tensión.
5. Determinación de la variación Ms(T): imanación-temperatura.
6. Caracterización de un imán.
7. Circuito magnético: campo en el entrehierro.
8. Interacción onda electromagnética-material magnético: efecto Kerr.
9. Guía de onda.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

1. Introduction to magnetic materials. B.D. Cullity. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. (Reading, MA 1972) ISBN: 0-201-01218-9

2. Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. David Jiles. Chapman and Hall (London, UK 1998) ISBN: 0 412 79850 6

3. Modern Magnetic Materials. Robert C. O´Handley. John Wiley & Sons, Inc. (New York NY 2000) ISBN: 0-471-15566-7

4. Los Materiales Magnéticos en la Industria Eléctrica. P.R. Bardell. Urmo (Bilbao 1970)

5. Magnetism : Materials and Applications. Ed. by Étienne du Trémolet de Lacheisserie, Damien Gignoux, Michel Schlenker. KluwerAcademic Publishers, Springer Science+Business Media, Inc. (New York NY 2005) ISBN: 0-387-23000-9

6. Magnetism and Magnetic Materials. J.M.D. Coey. Cambridge University Press,  (Cambridge, UK 2010) ISBN: 978-0-521-81614-4

1. Campos y Ondas Electromagnéticos P.Lorrain y D.R.Corson. Ed. Selecc. Científicas (Madrid 1986)
2. Campos Electromagnéticos R.K.Wangsness. Ed. Limusa (Méjico D.F. 1989)
3. Electricity and Magnetism Bleaney and Bleaney. 3ª Edición. Oxford University Press. (Oxford 1991)
4. Electromagnétisme 1, 2, 3 y 4  M.Bertin, J.P.Faroux et J.Renault. Ed. Dunod Université (Paris 1986)

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Lugar de impartición

Campus Arrosadía

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