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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 1. IDENTIFICAÇÃO Professor: Roger Pizzato Nunes Unidade: Escola de Engenharia Departamento: Departamento de Engenharia Elétrica Disciplina: ONDAS ELETROMAGNÉTICAS Sigla: ENG04404 Créditos: 06 (seis) Carga horária: 90 (noventa) horas semestrais Período letivo: 2014/02 Pré-‐requisitos: ENG04454 -‐ TEORIA ELETROMAGNÉTICA APLICADA A Oferecida ao curso: Engenharia Elétrica 2. SÚMULA Ondas planas em meios isotrópicos. Ondas guiadas. Características de guias de onda. Cavidades ressonantes. Radiação. Antenas e agrupamentos de antenas. 3. OBJETIVOS A disciplina visa fundamentar os conceitos básicos associados à propagação em meios limitados e ilimitados, à geração, ao confinamento e à radiação de ondas eletromagnéticas, capacitando e suportando o aluno para sua subseqüente aplicação na solução de problemas físicos reais. 4. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
4.1. Ondas eletromagnéticas em meios ilimitados
4.1.1. A equação da onda e sua solução em meios dielétricos
4.1.2. Velocidade de fase, índice de refração e velocidade de grupo
4.1.3. Impedância de meios dielétricos
4.1.4. A equação da onda e a sua solução em meios condutores
4.1.5. Comprimento de penetração e tempo de relaxação
4.1.6. A impedância de meios condutores
4.1.7. O Teorema de Poynting
4.1.8. A pressão de radiação
4.1.9. O vetor de Poynting em meios arbitrários
4.1.10. Ondas eletromagnéticas contrapropagantes
4.1.11. Interação da radiação eletromagnética com a matéria
4.2. Ondas eletromagnéticas em regiões de contorno
4.2.1. Polarização de ondas eletromagnéticas
4.2.2. Incidência normal de ondas eletromagnéticas linearmente polarizadas
4.2.3. Incidência oblíqua de ondas eletromagnéticas linearmente polarizadas
4.2.4. Leis de Snell e as Equações de Fresnel
4.2.5. Reflexão e transmissão total
4.2.6. Meios compostos por múltiplas interfaces
4.2.7. Incidência oblíqua de ondas eletromagnéticas elipticamente polarizadas
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 4.2.8. Difração
4.2.9. Espalhamento
4.3. Ondas eletromagnéticas em meios limitados
4.3.1. Linhas de transmissão infinitas
4.3.2. Linhas de transmissão terminadas
4.3.3. Aplicações de linhas de transmissão
4.3.4. Os guias de ondas
4.3.5. Ressonadores
4.4. Radiação de ondas eletromagnéticas
4.4.1. Potenciais retardados
4.4.2. O dipolo de Hertz
4.4.3. Padrão e parâmetros de antenas
4.4.4. As antenas lineares
5. METODOLOGIA O conteúdo programático será desenvolvido por meio de aulas expositivas, eventuais aulas dedicadas à resolução de exercícios e atividades experimentais em laboratório. Extraclasse, as aulas expositivas serão complementadas por listas de exercícios, tendo o intuito de orientar o estudo individual dos alunos bem como a sua preparação para as avaliações e atividades experimentais a serem realizadas respectivamente em sala de aula e laboratório. Para cada atividade a ser realizada em laboratório, haverá um Roteiro Experimental, o qual será disponibilizado previamente e cujo o objetivo é orientar a execução e a interpretação dos resultados experimentais obtidos. As informações oficiais relacionadas à disciplina serão publicadas no endereço eletrônico www.chasqueweb.ufrgs.br/~roger.pizzato, seção ensino, durante o decorrer do curso. Entenda-‐se por informações oficiais o plano de ensino, as datas das avaliações, as listas de exercícios, os roteiros experimentais, o modelo de relatório experimental, o horário de atendimento extraclasse e os avisos postados pelo professor ao longo do semestre letivo. É responsabilidade expressa do aluno freqüentemente visitar a página da disciplina para a ciência das novas informações associadas ao curso. 6. AVALIAÇÃO Serão realizadas 3 (três) avaliações no decorrer da disciplina (𝐴!, 𝐴! e 𝐴!). As avaliações serão desenvolvidas de forma escrita, individual e em sala de aula, sendo o seu resultado expresso por pontos em escala numérica de 0,0 a 10,0. Os materiais permitidos durante a realização das avaliações restringem-‐se a lápis, caneta e borracha. Os alunos também elaborarão e entregarão relatórios de cada uma das experiências realizadas em laboratório. Serão realizados 𝑁 experimentos no decorrer da disciplina, podendo tal quantidade variar entre semestres dentro do intervalo 6 ≤ 𝑁 ≤ 15, constituindo portanto 𝑁 relatórios (𝑅𝐸!, 𝑅𝐸!, …, 𝑅𝐸!). Será atribuída ainda uma nota de participação (𝑃), mediante a qual o interesse, comprometimento e o comportamento do aluno durante as atividades experimentais será avaliado. Os relatórios deverão ser redigidos em período extraclasse e possuem caráter individual. Os resultados dos relatórios experimentais bem como a nota de participação serão expressos por pontos em escala numérica de 0,0 a 10,0. Os relatórios experimentais deverão ser entregues em mãos, exatamente no início da atividade laboratorial consecutivamente posterior a realização do experimento. Relatórios experimentais entregues que descumpram o prazo anteriormente estabelecido não serão avaliados e receberão grau 0 (zero). Avaliações e relatórios experimentais plagiados, em inteiro ou parcial teor, receberão igualmente grau 0 (zero). Caso o plágio ocorra entre alunos da UFRGS, tanto o plagiado, quando o plagiador, receberão grau 0 (zero).
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Enfatiza-‐se que os casos de plágio serão submetidos ao órgão competente da UFRGS para a devida sanção disciplinar. A média associada às atividades experimentais será aferida através da seguinte expressão
𝑀! =𝑅𝐸!!
!!! + 𝑃𝑁 + 1
. A média semestral (𝑀) será quantificada por
𝑀 =𝐴! + 𝐴! + 𝐴! +𝑀!
4.
O resultado de cada uma das avaliações e relatórios experimentais poderá ser contestado mediante recurso — por escrito — encaminhado diretamente ao professor em até 1 semana após sua publicação e desde que redigidos à tinta. Recursos encaminhados que não atendam o prazo anteriormente estipulado não serão analisados. A nota de participação nas atividades experimentais é de teor incontestável. Regimentalmente, alunos com infreqüência superior a 25% estarão automaticamente reprovados. Atrasos não serão tolerados. Alunos com média 𝑀 ≥ 6,0 estarão aprovados, sendo facultada a realização do exame caso o interesse resida em melhorar o seu desempenho final; alunos com média 2,0 ≤ 𝑀 < 6,0 deverão obrigatoriamente realizar o exame para eventual aprovação e alunos com média 𝑀 < 2,0 estarão diretamente reprovados. O exame (E) versará sobre todo o conteúdo do semestre. A média final (𝑀𝐹) será avaliada segundo a expressão
𝑀𝐹 =𝑀 + 𝐸2
e tornando o resultado do exame substitutivo de alguma das avaliações realizadas. Automaticamente será escolhido o método que proporcionar a maior média final. Caso a média final seja 𝑀𝐹 ≥ 6,0, o aluno estará aprovado. Caso 𝑀𝐹 < 6,0, o aluno estará reprovado. A atribuição dos conceitos satisfará as condições: 𝑀𝐹 < 6,0, conceito D; 6,0 ≤ 𝑀𝐹 < 7,5, conceito C; 7,5 ≤ 𝑀𝐹 < 9,0, conceito B e 9,0 ≤ 𝑀𝐹 ≤ 10,0, conceito A. 7. CRONOGRAMA O conteúdo programático será desenvolvido segundo o cronograma apresentado a seguir. Eventuais readequações podem ocorrer durante o curso da disciplina dada a peculiaridade do semestre. O semestre inicia no dia 04/08/2014 e finda ao dia 23/12/2014. Conteúdo programático Dias letivos 4.1.1. A equação da onda e sua solução em meios dielétricos 05/08/2014 e 07/08/2014 4.1.2. Velocidade de fase, índice de refração e velocidade de grupo 12/08/2014 4.1.3. Impedância de meios dielétricos 14/08/2014 4.1.4. A equação da onda e a sua solução em meios condutores 19/08/2014 4.1.5. Comprimento de penetração e tempo de relaxação 21/08/2014 4.1.6. A impedância de meios condutores 21/08/2014 4.1.7. O Teorema de Poynting 26/08/2014 4.1.8. A pressão de radiação 28/08/2014 4.1.9. O vetor de Poynting em meios arbitrários 02/09/2014 4.1.10. Ondas eletromagnéticas contrapropagantes 04/09/2014 4.1.11. Interação da radiação eletromagnética com a matéria 09/09/2014 Avaliação Nº 1 11/09/2014 4.2.1. Polarização de ondas eletromagnéticas 16/09/2014 4.2.2. Incidência normal de ondas eletromagnéticas linearmente polarizadas 18/09/2014 e 23/09/2014 4.2.3. Incidência oblíqua de ondas eletromagnéticas linearmente polarizadas 25/09/2014 4.2.4. Leis de Snell e as Equações de Fresnel 30/09/2014 4.2.5. Reflexão e transmissão total 02/10/2014 4.2.6. Meios compostos por múltiplas interfaces 07/10/2014 4.2.7. Incidência oblíqua de ondas eletromagnéticas elipticamente polarizadas 09/10/2014 4.2.8. Difração 14/10/2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 4.2.9. Espalhamento 16/10/2014 Avaliação Nº 2 30/10/2014 4.3.1. Linhas de transmissão infinitas 04/11/2014 4.3.2. Linhas de transmissão terminadas 06/11/2014 4.3.3. Aplicações de linhas de transmissão 11/11/2014 4.3.4. Os guias de ondas 13/11/2014 e 18/11/2014 4.3.5. Ressonadores 20/11/2014 4.4.1. Potenciais retardados 25/11/2014 e 27/11/2014 4.4.2. O dipolo de Hertz 02/12/2014 4.4.3. Padrão e parâmetros de antenas 04/12/2014 4.4.4. As antenas lineares 09/12/2014 Avaliação Nº 3 11/12/2014 Exame 18/12/2014
Os feriados previstos no Calendário Acadêmico da Universidade durante o semestre letivo ocorrerão nos dias 20/09/2014 (Revolução Farroupilha, sábado), 28/10/2014 (Dia do Servidor Público, terça-‐feira) e 15/11/2014 (Proclamação da República, sábado). Atendendo à recomendação da Reitoria, não serão ministradas aulas durante o período compreendido entre os dias 20/10/2014 e 24/10/2014, momento no qual ocorrerá a Semana Acadêmica da Universidade. 8. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Essencial
CHENG, D. K. Field and Wave Electromagnetics. New York: Addison-‐Wesley, 1989.
KRAUS, J. D. e CARVER, K. R. Electromagnetics. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1978.
RAMO, S., WHINNERY, J. R. e VAN DUZER, T. Fields and Waves in Communication Electronics. Rio de Janeiro:
Guanabara Dois, 1981.
Básica
COLLIN, R. E. Foundations for Microwave Engineering. New York: IEEE Press, 2001.
JORDAN, E. C. e BALMAIN, K. G. Electromagnetic Waves and Radiating Systems. New Jersey: Prentice-‐Hall,
1968.
STRATTON, J. A. Electromagnetic Theory. Piscataway: IEEE Press, 2007.
ELMORE, W. C. Physics of Waves. New York: Dover Publications, 1985.
Complementar
POZAR, D. M. Microwave Engineering. New York: John Wiley & Sons, 2005.
BALANIS, C. A. Advanced Engineering Electromagnetics. New York: John Wiley & Sons, 1989.
COLLIN, R. E. Field Theory of Guided Waves. New York: IEEE Press, 1990.
KRAUS, J. D. Antennas. New York: McGRAW-‐HILL, 1950.
SADIKU, M. N. Elementos de Eletromagnetismo. Porto Alegre: Bookman, 2004.