Cronograma

Detalle de lo que vemos en cada clase.

Clase 1T (teórica).

0- Estructura de esta materia.

1- Repaso de Electricidad y Magnetismo. 1a- Fuerza eléctrica: comparación con la fuerza gravitatoria. Fuerza de Lorentz. 1b- Fuerzas o campos? El sistema "campos": un vacío lleno de campos. Objetivo: Campos, luz, y partículas del campo electromagnético. 1- Qué son los campos? Campos como distorsión del espacio. Campos como entidad, importancia, significado, representación.

2- Paréntesis Matemático. 2a- Integrales con campos vectoriales: integrales de línea y de flujo. 2b- Derivadas con campos vectoriales: el operador nabla. Gradiente, divergencia y rotor. 2c- Teoremas con campos vectoriales. Teorema de Gauss y Teorema de Stokes. Interpretación de gradiente, rotor y divergencia.

1ch- Ecuaciones de Maxwell en forma integral y diferencial: breve discusión cualitativa de la ley de Gauss y la ley de Faraday.

Clase 2T (teórica).

1ch- Hipótesis de partida: Ecuaciones de Maxwell en forma integral y diferencial. Qué dice --cualitativamente-- cada ecuación? Todo el sistema "campos" en esas ecuaciones: todo el electromagnetismo? Constante de acoplamiento entre el sistema de partículas y el sistema de campos. Ecs. de Maxwell y principio de superposición.

Uso cuantitativo de las ecuaciones. 1d- Estática. 1e- Electrostática. Un ejemplo: esfera cargada uniformemente. La importancia de la simetría del problema, y su uso práctico en los casos sencillos. La ley de Coulomb a partir de las Ecs. de Maxwell. Similitud con la ley de Gravitación: potencial electrostático? 1e1- Energía potencial electrostática V(x); interpretación. Punto de referencia. Potencial electrostático de una partícula cargada, y de una distribución de carga.

Clase 3T (teórica).

1f- Campo electrstático en presencia de conductores. Campo y densidad de carga en un conductor macizo o hueco en condiciones estáticas. 1g- Dipolos eléctricos; potencial y campo asociado. Por qué son importantes los dipolos? Primer, segundo y tercer término del desarrollo multipolar. Efecto de un campo eléctrico sobre un dipolo: torque y fuerzas. Una carga en el seno de un metal y en un fluido polar: cancelación de la carga, campo interior y campo superficial.

3- Dieléctricos en condiciones electrostáticas. 3a- Un capacitor de placas paralelas. Potencial, campo, capacidad. 3b- Aumento de la capacidad al insertar un dieléctrico: la constante dieléctrica \kappa. Vector polarización.

Clase 4T (teórica).

3ch)- Polarización, superficies dieléctricas y cambio en la densidad de carga \rho(r). Carga superficial de polarización, inducida por el campo. Quién reduce el campo: el campo dipolar o la carga superficial inducida? Susceptibilidad eléctrica: primer ejemplo de una relación constitutiva. Microscopía de la constante dieléctrica: polarización atómica para materiales no polares y polares. Vector desplazamiento. Ecuaciones de Maxwell macroscópicas para dieléctricos. Ejemplo: una carga en un fluido polar homogéneo; cristales de sal en agua salada? Cómo resolver el problema en el caso inhomogéneo: relaciones para D y E en la frontera. Campos en cavidades. Polarizabilidad en líquidos densos: ecuación de Clausius-Mossotti. Qué es la ferroelectricidad? Piroeléctricos, piezoeléctricos y electretes.

Clase 5T (teórica).

4- Energía electrostática de un par de cargas y de una distribución de cargas. Dónde se guarda la energía electrostática? Densidad de energía electrostática.

5- Corriente y densidad de corriente. Conservación global y local de la carga: la ecuación de continuidad. Corrientes en medios materiales. Resistencia; dependencia en la geometría y en el material. La resistividad. La ley de Ohm. Velocidad de Fermi y velocidad de arrastre: estimaciones. Tiempo de relajación, camino libre medio. El mecanismo de la disipasión Joule y de la ley de Ohm. Resistividad en metales; dipersión por impurezas y por fonones. Resistividad en aislantes. Ejemplos de materiales no Óhmicos.

Clase 6T (teórica).

6- Fenómenos termoeléctricos. Más relaciones lineales entre flujos y fuerzas termodinámicas. 6a- Fuerza electromotriz Thomson. Cómo medir la fem? Fuerza electromotriz Peltier. Utilización en refrigeración. Fuerza Seebeck. Uso en termocuplas.

1h- Magnetostática. Campo magnético asociado a un cable infinito; campo de una bobina infinita. Energía magnetostática. Uso de la ecuación de Ampere-Maxwell: el término de desplazamiento. Ecuaciones de la magnetostática en medios materiales. 7- Energía magnetostática y densidad de energía electromagnética.

Clase 7T (teórica).

8- Campos cambiantes: electromagnetismo. Ec. de Ampere-Maxwell y la conservación de la carga incluida en las leyes. La corriente de desplazamiento. Campos viajeros. Un ejemplo simple para entender la naturaleza de la luz: desplazamiento de un plano cargado. Propagación de los campos autosostenidos. 9- Ecuación de ondas para campos en el vacío: nuevamente un ejemplo en una dimensión.Características de las ondas planas.Transversalidad de los campos y relación entre B y E.

Clase 8T (teórica).

9- Ecuación de ondas para campos en el vacío: nuevamente un ejemplo en una dimensión. Solución general de la ecuación de ondas. Características de las ondas planas. Transversalidad de los campos, relación entre B y E, polarización. Ondas en tres dimensiones. Un ejemplo importante: las ondas esféricas. Dependencia del campo de radiación con la distancia; por qué podemos percibir objetos tan distantes? Conservación local de la energía y el impulso: el vector de Poynting.

Clase 9T (teórica).

Ejemplos aplicados: cómo se desplaza la energía electromagnética al cargar un condensador o alimentar un conductor? Radiación: su origen en cargas aceleradas. Radiación de un dipolo eléctrico: el campo de radiación. Intensidad de la energía radiada. Dependencia angular, y polarización. Dependencia en la frecuencia: energía emitida por un electrón oscilante. Dipolos oscilantes y antenas.

Clase 10T (teórica).

Aspectos generales de la polarización. Polarización lineal, elíptica, circular, y luz no polarizada. Preparación para propagación de la luz en medios materiales: I- polarización de la luz dispersada; ii- actividad óptica debido a moléculas sin simetría de inversión: actividad óptica. Cómo medir la concentración de azúcar en una solución? Propagación en medios materiales. Absorsión y esparcimiento no resonante. El índice de refracción. Introducción a la dependencia de la velocidad de fase con la frecuencia. Breve laboratorio: polarización por dispersión y por reflexión.

Clase 11T (teórica).

Ondas electromagnéticas en medios dieléctricos lineales. Polarizabilidad del medio y generación de nuevas ondas; dependencia del índice de refracción con la frecuencia. Polarizabilidad molecular, sólidos iónicos y moléculas polares. Por qué el cielo se ve azul? Esparcimiento de Rayleigh. Ondas electromagnéticas en medios dieléctricos lineales. Polarizabilidad del medio y generación de nuevas ondas; el índice de refracción. Ecuaciones de Fresnel. Leyes de reflexión y refracción. Velocidad de fase y velocidad de propagación. Algunos ejemplos: agua, vidrio, gases. Reflección y refracción de la luz: ecuaciones de Maxwell y condiciones de frontera. La ley de Snell.

Clase 12T (teórica).

Ecuaciones de Fresnel para incidencia normal. Posibilidad del cambio de fase en la onda reflejada. El caso de incidencia en un ángulo. Reflectancia y transmitancia.

Reflexión total interna. Polarización por reflección, Angulo de Brewster. Cómo entender este fenómeno teniendo en cuenta la generación de nuevas ondas en el dieléctrico? Propiedades ópticas de los metales. Punto de vista continuo: efecto pelicular y longitud de penetración. Punto de vista atómico: el índice de refracción complejo. Otro ejemplo de condiciones de contorno. Frecuencias altas: plasma y frecuencia de plasma. Breve mención a mecanismos de absorción de rayos x.

Clase 13T (teórica).

Interferencia. Aplicaciones y un fenómeno clave: ondas o partículas. Suma de ondas de la misma frecuencia. Condiciones para observar interferencia. El experimento de Young: cómo entenderlo desde el punto de vista del electromagnetismo? Kirchoff y el principio de Huygens (resultados): condiciones de contorno y emisión de ondas secundarias. Aplicación al experimento de Young. Interferencia por muchas rendijas equiespaciadas; conección con la difracción de rayos x: determinación del tamaño de un cristalito o una nanopartícula.

Clase 14T (teórica).

Acercamiento no histórico a las propiedades corpusculares de la rediación. El efecto fotoeléctrico: hechos experimentales vs. teoría clásica de la radiación. Interacción entre campos y partículas: tres contradicciones que se oponen a la Ley de Lorentz. El potencial de frenado y la función trabajo. Teoría de Einstein: fotones y resolución de la paradoja. Dispersión de Compton: su importancia como mecanismo de interacción de fotones con la materia. El experimento de Compton. Falla de la teoría clásica y explicación por medio de choques entre fotones y electrones libres. Ondas electromagnéticas, fotones y el experimento de la doble rendija. Onda vs. partícula. Reinterpretación del campo eléctrico. Determinismo y probabilidades.

Clase 15T (teórica).

Termodinámica de la radiación electromagnética; el equilibrio entre el sistema de campos y el de partículas. Importancia práctica, conceptual e histórica del problema. Universaidad del espectro de radiación emitido por una cavidad. Hechos experimentales: espectro del cuerpo negro, ley de Wien y ley de Stefan. Mecánica estadísticas: dos caminos para resolver un problema. i- La cavidad como un gas de bosones no conservados (fotones), los números de ocupación y la "distribución de Maxwell" para fotones; ii- La cavidad como un sistema de osciladores desacoplados. Equivalencia entre ambos acercamientos. La función de partición del sistema, la curva de Planck y las leyes de la radiación explicadas. Aplicaciones. La radiación de fondo y la temperatura del Universo. Enunciado de la Ley de Kirchoff; por qué un cuerpo negro tiene el mismo espectro de una cavidad? Como aumentar/disminuir la emisividad de una cuerpo?

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