Electromagnetic induction for engineers

Enunciar la ley de Lenz y explicar su relación con la conservación de la energía.

Determinar la dirección de la corriente inducida en una espira usando la ley de Lenz.

Aplicar la ley de Lenz a circuitos con múltiples espiras y solenoides.

Analizar cualitativamente las fuerzas sobre conductores portadores de corriente inducida en un campo magnético.

Derivar la fem inducida en una barra conductora que se mueve en un campo magnético uniforme.

Explicar el origen de la fem de movimiento en términos de la fuerza de Lorentz sobre los portadores de carga.

Calcular la fem inducida en un riel conductor con barra deslizante (problema del rail-slider).

Determinar la corriente, potencia disipada y fuerza necesaria para mantener el movimiento en un sistema de riel conductor.

Resolver problemas de discos y conductores giratorios en campos magnéticos (disco de Faraday).

Distinguir entre campo eléctrico conservativo (electrostático) y campo eléctrico inducido (no conservativo).

Expresar la ley de Faraday en forma diferencial e integral usando la circulación del campo eléctrico.

Calcular el campo eléctrico inducido por un campo magnético variable con simetría cilíndrica.

Resolver problemas donde coexisten campos eléctricos electrostáticos e inducidos.

Explicar el mecanismo de generación de corrientes de Foucault en conductores masivos.

Describir los efectos de calentamiento y frenado asociados a las corrientes de Foucault.

Identificar aplicaciones prácticas: frenado electromagnético, cocinas de inducción y detección de metales.

Describir estrategias para minimizar las corrientes de Foucault en núcleos de transformadores y máquinas eléctricas.

Definir el concepto de autoinductancia y su unidad (henry).

Calcular la autoinductancia de geometrías estándar como el solenoide largo y el toroide.

Calcular la autoinductancia de un cable coaxial.

Calcular la fem autoinducida en un inductor ante cambios de corriente.

Explicar el comportamiento de un inductor como elemento de circuito que se opone a cambios de corriente.

Definir la inductancia mutua entre dos circuitos y explicar su reciprocidad (teorema de Neumann).

Calcular la inductancia mutua entre solenoides coaxiales.

Calcular la fem inducida en un circuito debido a cambios de corriente en otro circuito acoplado.

Definir el coeficiente de acoplamiento y relacionarlo con las inductancias propias y mutua.

Derivar la expresión de la energía almacenada en un inductor (½LI²) a partir del trabajo requerido para establecer la corriente.

Calcular la energía total almacenada en configuraciones de inductores conocidas (solenoide, toroide, cable coaxial).

Derivar la expresión para la densidad de energía del campo magnético (B²/2μ₀) y aplicarla para calcular la energía almacenada.

Comparar la densidad de energía magnética y eléctrica en diferentes contextos.

Plantear y resolver la ecuación diferencial de un circuito RL serie en régimen transitorio (activación).

Calcular la constante de tiempo τ = L/R y describir su significado físico.

Analizar el proceso de desactivación (decaimiento de corriente) en un circuito RL.

Calcular la potencia y energía en cada elemento del circuito RL durante los transitorios.

Resolver circuitos RL de dos mallas usando las leyes de Kirchhoff.

Describir las oscilaciones electromagnéticas en un circuito LC ideal y calcular su frecuencia angular de resonancia.

Explicar la analogía conceptual y matemática entre un circuito LC y un sistema mecánico masa-resorte.

Plantear la ecuación diferencial de un circuito RLC serie y analizar los tres regímenes de amortiguamiento (subamortiguado, crítico, sobreamortiguado).

Analizar la transferencia y disipación de energía en un circuito RLC en régimen subamortiguado.

Explicar el principio de funcionamiento de un transformador ideal basado en la ley de Faraday y la inductancia mutua.

Derivar la relación de transformación de voltaje y corriente en un transformador ideal.

Calcular voltajes, corrientes y potencias en circuitos con transformadores ideales.

Describir las pérdidas en transformadores reales (cobre, núcleo, corrientes de Foucault) y cómo se minimizan.

Identificar aplicaciones de transformadores en transmisión de energía eléctrica y fuentes de alimentación.

Identificar la inconsistencia de la ley de Ampère original con la conservación de la carga.

Definir la corriente de desplazamiento de Maxwell y su significado físico.

Formular la ley de Ampère-Maxwell completa en su forma integral.

Presentar las cuatro ecuaciones de Maxwell en forma integral y explicar el papel unificador de la inducción electromagnética.

Derivar la ecuación de onda para el campo eléctrico en el vacío a partir de las ecuaciones de Maxwell.

Identificar la velocidad de la luz (c) a partir de la ecuación de onda y discutir su significado físico.