Prefacio

El desarrollo inicial de la ciencia eléctrica y la ingeniería hace un siglo ocurrió casi en su totalidad dentro del dominio de la electromagnetica. La mayoría de los planes de estudio eléctricos permanecieron polarizados en torno a ese tema hasta mediados del siglo XX, cuando los sujetos de señal, dispositivos y computación se volvieron dominantes. La continua expansión del campo ha relegado actualmente la electromagnetica de pregrado a tal vez un tema semestral a pesar de que la tecnología electromagnética se ha expandido sustancialmente y es básica para la mayoría de las aplicaciones. Para enfrentar el creciente desafío educativo de brindar amplitud y profundidad en electromagnetismo en una breve presentación, este texto utiliza un enfoque más basado en la física y métodos novedosos para explicar ciertos fenómenos. Introduce a los estudiantes a la electrodinámica en toda la gama, desde la estática hasta la dinámica, y desde los motores hasta los circuitos, las comunicaciones, las fibras ópticas y los láseres. Por ejemplo, actualmente cubrimos aproximadamente el noventa por ciento del texto en una reunión temática de un semestre con profesores cuatro horas por semana. El texto también podría apoyar ofertas de pregrado a lo largo de dos trimestres o incluso dos semestres, y quizás también podría ser utilizado en el nivel de egresado de ingreso.

Los principales objetivos del texto son: 1) transmitir esas grandes ideas esenciales para comprender los aspectos electromagnéticos de los sistemas eléctricos e informáticos modernos, 2) exponer a los estudiantes a suficientes ejemplos para hacer tangibles las grandes ideas y borrar más ingenuidad sobre las aplicaciones dominantes, 3) proporcionar computacional experiencia con las ecuaciones de Maxwell suficiente para tratar los ejemplos básicos, 4) proporcionar el requisito previo de comprensión y habilidades para seguir asignaturas, y 5) reforzar la exposición previa a la física, las matemáticas y los sistemas eléctricos para ayudar a integrar el aprendizaje de los estudiantes, incluida la resolución de problemas y el diseño métodos.

Los dos primeros capítulos son el núcleo del texto. Revisan la física básica de la electromagnetica y la electromecánica e introducen la ley de fuerza de Lorentz, las ecuaciones de Maxwell, los medios, las condiciones de contorno, las soluciones de campo estático, las ondas planas uniformes y la potencia y la energía. Aunque los capítulos se leen mejor secuencialmente, las cuatro áreas tópicas que siguen al núcleo se pueden leer en cualquier secuencia e incluyen: 1) Capítulos 3, 5 y 6, que tratan dispositivos y circuitos RLC; fuerzas electromagnéticas sobre cargas, conductores y medios; y motores, 2) Capítulos 4, 7 y 8, que tratan cuasistáticas, soluciones a la ecuación de Laplace y líneas TEM, incluyendo coincidentes, resonadores y transitorios, 3) Secciones 4.1—4.3 más Capítulo 9, que tratan relajación de campo, ondas planas no uniformes, reflexión, guías de onda y resonadores de cavidad, y 4) Capítulos 10 y 11, que tratan radiación, alambre y antenas de apertura, y aplicaciones tales como sistemas de comunicaciones y radar. Luego siguen dos capítulos “finales”: El capítulo 12 introduce guías de onda ópticas, amplificadores láser, osciladores láser y otros dispositivos ópticos (los capítulos 9 y 11 son requisitos previos), y el Capítulo 13 revisa la mayoría de los fenómenos de onda en un contexto acústico después de que se hayan cubierto los Capítulos 7, 9 y 10. Esta organización permite el uso del texto en una amplia variedad de formatos, incluyendo opciones de uno y dos semestres. La mayoría de los requisitos previos se revisan brevemente en el Apéndice o dentro del texto. Las versiones futuras tendrán problemas en el hogar y más ejemplos.

Se debe un agradecimiento especial a los numerosos profesores del MIT que han enseñado esta materia y sus tres predecesores fusionados mientras comparten sus ideas con el autor en los últimos cuarenta años. Sin tal participación colegiada el alcance y brevedad de este texto no habría sido -ix- posible. Las secciones sobre ondas, óptica, acústica, resonadores y estática se beneficiaron particularmente de las interacciones con los profesores Kong y Haus, Ippen y Bers, Stevens y Peake, Smullin y Haus y Zahn, respectivamente. Scott Bressler y Laura von Bosau han sido particularmente útiles para reducir los gráficos y el texto a la página impresa.

Se trata de una versión preliminar del texto final y por lo tanto se agradecería cualquier comentario sobre el contenido o posibles adiciones o correcciones. David H. Staelin Enero 5, 2011