Fundamentos De Aplicaciones En Electromagnetismo

488 Pages·2007·15.12 MB·Spanish

by  Fawwaz T. Ulaby

Portada ULABY 04/19/2007 12:25 Page 1
Este libro tiene como finalidad presentar al estudiante el material fundamental de U Fundamentos de
teoría electromagnética.Explica,entre otros temas,la forma en que se propagan las
L
ondas planas en el espacio libre,en medios materiales y en líneas de transmisión. A
aplicaciones en
B
El capítulo sobre electrostática se inicia con las ecuaciones de Maxwell (en el ca-
Y
so de variantes en el tiempo), con lo cual ofrece un marco de referencia general y
demuestra por qué la electrostática y la magnetostática son casos especiales.
electromagnetismo
A lo largo del libro,se hace hincapié en el uso de las matemáticas para explicar
y aclarar la física,por lo que incluye ejemplos prácticos que demuestran la impor- F
tancia de los conceptos de esta disciplina para la ingeniería. u
n
Entre lo más destacable que esta obra ofrece se encuentra lo siguiente:
d
a Quinta edición
• Seis nuevas secciones sobre guías de ondas y resonadores de cavidad. m
• Secuencia de “sinopsis de tecnología”sobre temas relevantes,con ejemplos e
n
de sensores capacitivos y su uso,pantallas de cristal líquido,sistemas GPS y t
o
la tomografía mediante rayos X,entre otros.
s
• Vínculos de conceptos con aplicaciones en el mundo real.
d
• Problemas al final de cada capítulo. e

• Un CD-ROMinteractivo con 112 ejercicios,donde cada uno plantea una pre- a
p
gunta seguida por una respuesta abreviada;gráficas;animaciones de video; l
i
85 ejercicios de demostración;90 problemas con soluciones;así como pre- c
a
sentaciones de todas las figuras que aparecen en el libro. c
i
o
El texto concluye con presentaciones generales de dos ejemplos de sistemas:los sa-
n
télites y los sensores de radar.Por todo lo anterior,este libro resultará sumamente e
s
útil tanto al estudiante como al profesor.
e
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F T. U
A W W A Z L A B Y
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10O.1 PSEECCRIÓNADORES DE GRADIENTE, DIVERGENCIA,1
ROTACIONAL Y LAPLACIANO
CONSTANTES FÍSICAS FUNDAMENTALES
COORDENADAS CARTESIANAS (RECTANGULARES) (x, y, z)
CONSTANTE SÍMBOLO VALOR
rapidez de la luz en el vacío c 2.998 (cid:2)108(cid:2)3 (cid:2)108m/s §V (cid:4) xˆ 0V (cid:5) yˆ 0V (cid:5) zˆ 0Az
0x 0y 0z
constante de gravitación G 6.67 (cid:2)10(cid:3)11N (cid:2)m2/kg2 § # A (cid:4) 0Ax (cid:5) 0Ay (cid:5) 0Az
constante de Boltzmann K 1.38 (cid:2)10(cid:3)23J/k 0x 0y 0z
carga elemental e 1.60 (cid:2)10(cid:3)19C xˆ yˆ zˆ
§(cid:2) A (cid:4) 0 0 0 (cid:4) xˆ 0Az (cid:3) 0Ay (cid:5) yˆ 0Ax (cid:3) 0Az (cid:5) zˆ 0Ay (cid:3) 0Ax
permitividad del espacio libre e 8.85 (cid:2)10(cid:3)12(cid:2)—1 (cid:2)10(cid:3)9F/m 0x 0y 0z a 0y 0 b a 0z 0x b a 0x 0y b
0 36π z
A A A
permeabilidad del espacio libre m 4π(cid:2)10(cid:3)7H/m z y z
0
masa del electrón m 9.11 (cid:2)10(cid:3)31kg §2V (cid:4) 02V4 (cid:5) 02V (cid:5) 02V4
e 0x2 0y2 0z2
masa del protón m 1.67 (cid:2)10(cid:3)27kg
p
COORDENADAS CILÍNDRICAS (r, f, z)
constante de Planck h 6.63 (cid:2)10(cid:3)34j(cid:2)s
impedancia intrínseca del espacio libre h 376.7 (cid:2)120πΩ 0V 1 0V 0V
0 §V (cid:4) rˆ (cid:5) fˆ (cid:5) zˆ
0r r 0f 0z
§ # A(cid:4) 1 0 rA (cid:5) 1 0Af (cid:5) 0Az
r 0r 1 r2 r 0f 0z
rˆ Fˆr zˆ
PREFIJOS DE MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS §(cid:2)A(cid:4) 1 0 0 0 (cid:4) rˆ 1 0Az (cid:3) 0Af (cid:5)Fˆ 0Ar (cid:3) 0Az (cid:5) zˆ 1 0 rA (cid:3) 0Ar
PREFIJO SÍMBOLO MAGNITUD PREFIJO SÍMBOLO MAGNITUD r 0r 0f 0z ar 0f 0z b a 0z 0r b r c0r 1 f2 0f d
A rA A
exa E 1018 mili m 10(cid:3)3 r f z
peta P 1015 micro m 10(cid:3)6 §2V(cid:4) 1 0 4 r 0V (cid:5) 1 024V (cid:5) 02V
r 0r a 0r b r2 0f2 0z2
tera T 1012 nano n 10(cid:3)9
giga G 109 pico p 10(cid:3)12 COORDENADAS ESFÉRICAS (R, u, f)
mega M 106 femto f 10(cid:3)15 0V 1 0V 1 0V
§V (cid:4) Rˆ (cid:5) Uˆ (cid:5) Fˆ
kilo k 103 atto a 10(cid:3)18 0R R 0u R sen u 0f
§ # A (cid:4) 1 0 R2 A (cid:5) 1 0 A sen u (cid:5) 1 0Af
R2 0R 1 R2 R sen u 0u 1 u 2 R sen u 0f
Rˆ UˆR FˆR sen u
1 0 0 0
§(cid:2) A (cid:4)
R2 sen u 0R 0u 0f
A RA R sen u A
R u 1 2 f
0 4 0 0A 4 1 1 0A 0 1 0 0A
(cid:4) Rˆ A sen u (cid:3) u (cid:5) Uˆ R (cid:3) RA (cid:5) Fˆ RA (cid:3) R
R sen u c0u 1 u 2 0f d R csen u 0f 0R 1 f2d R c0R 1 u2 0u d
1 0 0V 1 0 0V 1 02 V
§2V (cid:4) R2 (cid:5) sen u (cid:5)
R2 0R a 0Rb R2 sen u 0u a 0ub R2 sen2 u 0f2
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Cuando se utilizó por primera vez este libro para impartir un curso, se pidió a cada uno de los
estudiantes que escribiera un breve comentario sobre el papel que desempeña la teoría
electromagnética en la ciencia, la tecnología y la sociedad. He aquí un comentario, firmado por
Schaldenbrand, quien obtuvo el grado de ingeniero:
La teoría electromagnética ha hecho más que ayudar a la ciencia. Gracias a los
asombrosos avances en las comunicaciones, nuestro conocimiento de otras
naciones y nacionalidades se ha incrementado exponencialmente. Este
conocimiento ha hecho y hará que los gobiernos del mundo trabajen en favor
de la paz mundial. Cuantos más conocimientos tenemos sobre las diferentes
culturas, menos extrañas nos parecen. El resultado será un parentesco global,
y el subproducto será la armonía. El conocimiento es el primer paso y la comu-
nicación es el medio. La teoría electromagnética encierra la clave de esta
comunicación y, por ende, es un tema importante no sólo para la ciencia, sino
también por el bien de la humanidad.
Mike Schaldenbrand
EECS 332, invierno de 1994
Universidad de Michigan
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ALGUNAS IDENTIDADES VECTORIALES ÚTILES
A(cid:2)B(cid:3)ABcosu Producto escalar (o punto)
AB
A(cid:4)B(cid:3)nˆABsenu Producto vectorial (o cruz), nˆnormal al plano que contiene Ay B
AB
A(cid:2)(B(cid:4)C) (cid:3)B(cid:2)(C(cid:4)A) (cid:3)C (cid:2)(A(cid:4)B)
A(cid:4)(B(cid:4)C) (cid:3)B(A(cid:2)C) (cid:5)C(A(cid:4)B)
(cid:6)(U(cid:7)V) (cid:3)(cid:6)U(cid:7)(cid:6)V
(cid:6)(UV) (cid:3)U(cid:6)V(cid:7)V(cid:6)U
(cid:6) (cid:2) (A(cid:7)B) (cid:3)(cid:6)(cid:2)A (cid:7)(cid:6)(cid:2)B
(cid:6) (cid:2) (UA) (cid:3)U(cid:6)(cid:2)A (cid:7)A(cid:2)(cid:6)U
(cid:6) (cid:4) (UA) (cid:3)U(cid:6)(cid:4)A (cid:7)(cid:6)U (cid:4)A
(cid:6) (cid:4) (A(cid:7)B) (cid:3)(cid:6)(cid:4)A (cid:7)(cid:6) (cid:4)B
(cid:6) (cid:2) (A(cid:4)B) (cid:3)B(cid:2)((cid:6)(cid:4)A) (cid:5)A(cid:2)((cid:6)(cid:4)B)
(cid:6) (cid:2) ((cid:6)(cid:4)A) (cid:3)0
(cid:6) (cid:4) (cid:6)V(cid:3)0
(cid:6) (cid:2) (cid:6)V(cid:3)(cid:6)2V
(cid:6) (cid:4) (cid:6)(cid:4)A(cid:3)(cid:6)((cid:6)(cid:2)A) (cid:5)(cid:6)2A
(cid:3) (cid:2)
((cid:6)(cid:2)A)dv (cid:3) A(cid:2)ds Teorema de divergencia (Sencierra a v)
v S
(cid:3) (cid:2)
((cid:6)(cid:4)A) (cid:2)ds(cid:3) A(cid:2)dl Teorema de Stokes (Slimitada por C)
S C
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APLICACIONES
EN ELECTROMAGNETISMO
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APLICACIONES
EN ELECTROMAGNETISMO
QUINTA EDICIÓN
Fawwaz T. Ulaby
The university of michigan
TRADUCCIÓN:
Rodolfo Navarro Salas
Traductor profesional
REVISIÓN TÉCNICA
M. en C. Gustavo Pérez López
Profesor de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey,
campus Estado de México
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Datos de catalogación bibliográfica
ULABY, FAWWAZ T.
Fundamentos de aplicaciones en electromagnetismo.
Quinta edición
(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)(cid:2)PEARSON EDUCACIÓN, México, 2007
ISBN: 978-970-26-1055-7
Área: Ciencias
Formato: 20 × 25.5 cm Páginas: 488
Authorized translation from the English language edition, entitled Fundamentals of Applied electromagnetis,5thed. by Fawwaz T.
Ulabypublished by Pearson Education, Inc., publishing as PRENTICE HALL, INC., Copyright ©2007. All rights reserved.
ISBN 0132413264
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés, Fundamentals of Applied electromagnetics5ª ed., por Fawwaz T. Ulabypu-
blicada por Pearson Education, Inc., publicada como PRENTICE-HALLINC., Copyright ©2007. Todos los derechos reservados.
Esta edición en español es la única autorizada.
Edición en español
Editor: Rubén Fuerte Rivera
e-mail: [email protected]
Editor de desarrollo: Felipe Hernández Carrasco
Supervisor de producción: José D. Hernández Garduño
Edición en inglés
Vice President and Editorial Director, ECS: Marcia J. Horton Creative Director: Jayne Conte
Acquisitions Editor: Michael McDonald Cover Designer: Bruce Kenselaar
Executive Managing Editor: Vince O’Brien Art Editor: Greg Dulles
Managing Editor: David A. George Manufacturing Manager: Alexis Heydt-Long
Production Editor: Craig Little Manufacturing Buyer: Lisa McDowell
Director of Creative Services: Paul Belfanti Marketing Manager: Tim Galligan
PRIMERAEDICIÓN, 2007
D.R. ©2007 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Atlacomulco 500-5to. piso
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Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. Núm. 1031
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ISBN 10: 970-26-1055-9
ISBN 13: 978-970-26-1055-7
Impreso en México. Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 10 09 08 07
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Dedico este libro a la
Universidad Americana de Beirut
y a la Universidad de Texas,
por educarme.
Mi gratitud para la
Universidad de Kansas y la
Universidad de Michigan,
por acogerme como a uno de los suyos.
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