martes, 11 de enero de 2011

Ecuaciones de Maxwell para una Guia Onda Cuadrada

Supongase que se tiene un tubo de sección cuadrangular (guia onda) por el cual se propaga el campo eléctrico y el magnético descritos por estas ecuaciones

Campo Eléctrico



Campo  Magnético


1-Probar que cumplen con las ecuaciones de Maxwell para campos electromagnéticos

2- Hallar la distribución de cargas que crea el Campo Electrico y la distribución de corrientes que crea el Campo Magnetico. 

Las Ecuaciones de Maxwell son :




Se puede ver que tanto el Campo Electrico como el Magnetico no dependen del tiempo por lo que se anulan los terminos correspondientes de las ecuaciones 3 y 4 por no existir la derivada respecto al tiempo.

1-  Por la primera Ecuacion de Maxwell hallamos la divergencia del Campo Electrico
Como solo existe la  componente Ey se obtiene


Por tanto la distribucion volumetrica de cargas que crea el Campo Electricos es:



Recordemos que le divergencia de un campo vectorial nos permite hallar las fuentes o sumideros de dicho campo, por lo que la expresion que hallamos es la distribucion volumetrica de cargas que esta causando este Campo Electrico


2-  Por la segunda  Ecuación de Maxwell hallamos la divergencia del Campo Magnético.  Como la componente Bz no depende de la variable z se obtiene 


No existe la carga magnética aislada que genere el Campo Magnético. Por esto la divergencia del Campo Magnético siempre debe ser cero, en los términos de la física electromagnética clásica que se estudia aquí.

3- Por la tercera Ecuación de Maxwell hallamos el Rotacional del Campo Eléctrico 






Esta expresión coincide con  la del Campo Magnético. 

4-  Por la cuarta Ecuacion de Maxwell hallamos el Rotacional del Campo Magnetico





Por lo tanto la densidad de Corriente que crea el Campo Magnético es:
























martes, 8 de junio de 2010

Carga eléctrica del haz de electrones de un Tubo de Rayos Catodicos



Encontrar la carga eléctrica total contenida en el haz de electrones de un Tubo de Rayos catodicos de 4 cm de altura y 2 cm de radio, conocida la distribución volumetrica de cargas.


Supongase que  la distribucion  volumetrica de carga  es en Coulomb/metros cubicos.





Por lo tanto nececitamos hacer una integral triple en coordenadas cilindricas por la simetria


Integrando con respecto a φ que varia de  2 phi a 0  se tiene:




Ahora integramos con respecto a z con limites 0,06 y 0,02 :




Finalmente integramos respecto al radio rho p =0,02 



Al evaluar estas dos expresiones en 0,02 y 0 optamos por no llevaren cuenta  las dos primeras fracciones por ser de un valor muy inferior a las dos ultimas. 




A una cierta distancia del cilindro, se puede calcular el campo eléctrico, suponiendo esta carga como una carga puntual ubicada en centímetros en P  (0,0, 4)