3. Explicar el funcionamiento y aplicación de los circuitos eléctricos básicos.

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1 Código-Materia: ELECTRICIDAD-MAGNETISMO Y LABORATORIO Requisito: PRE: Física y Laboratorio COR: Espacio de Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Programa Semestre: Ingenierías: Telemática, Sistemas e Industrial y Química Cuarto semestre Período académico: Agosto a Noviembre de 2016 Intensidad semanal: 5 horas semanales + 2 horas de laboratorio Créditos: 4 OBJETIVOS General: Reconocer el valor científico y tecnológico de la teoría electromagnética y utilizarla para explicar fenómenos naturales, procesos y funcionamiento de sistemas. Terminales 1. Reconocer las leyes fundamentales que rigen la interacción electromagnética para distribuciones de cargas, corrientes estacionarias y campos dependientes del tiempo. 2. Identificar el concepto de energía potencial eléctrica, reconocer su relación con el potencial eléctrico y calcular la energía almacenada o disipada en dispositivos eléctricos utilizados en el desarrollo de equipos eléctricos y electrónicos. 3. Explicar el funcionamiento y aplicación de los circuitos eléctricos básicos. 4. Reconocer el espectro electromagnético como un conjunto de ondas electromagnéticas y sus aplicaciones. reconocer su descripción matemática y su importancia en los ámbitos científico, tecnológico y médico. 5. Aplicar una metodología para la obtención y recolección de datos experimentales de tal manera que facilite y valide un posterior análisis para verificar teorías o dar respuesta a hipótesis planteadas así como obtener sus propias conclusiones frente al fenómeno estudiado. Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 1 de 9

2 Específicos De formación académica: Unidad I Campo Y Potencial Eléctricos 1. Reconocer el concepto de carga eléctrica y la naturaleza eléctrica de la materia. 2. Establecer la Ley de Coulomb para calcular la fuerza eléctrica sobre una carga puntual debida a distribuciones de cargas puntuales. 3. Describir el campo eléctrico producido por cargas puntuales y calcular el campo producido por distribuciones de cargas 4. Describir el movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos uniformes. 5. Establecer la ley de Gauss y calcular el campo eléctrico producido por partículas puntuales y por distribuciones continuas y simétricas con densidades de carga constantes o variables. 6. Utilizar la ley de Gauss para describir el comportamiento de los conductores cargados en equilibrio electrostático. 7. Calcular el potencial eléctrico, la diferencia de potencial eléctrico y la energía potencial eléctrica en distribuciones de carga. Unidad II Circuitos Eléctricos 1. Definir la capacidad eléctrica de algunos sistemas, describir su comportamiento y realizar cálculos de combinación de capacitores. 2. Describir el comportamiento de condensadores con dieléctricos. 3. Definir la resistencia y resistividad eléctricas y establecer su dependencia con la temperatura. 4. Describir el comportamiento de resistencias en circuitos de corriente continua. 5. Establecer la ley de Ohm para analizar circuitos eléctricos simples 6. Establecer las leyes de Kirchhoff para analizar circuitos eléctricos complejos 7. Describir el comportamiento de circuitos R C Unidad III Campos magnéticos 1. Describir el movimiento de una partícula cargada dentro de un campo magnético uniforme. 2. Calcular la fuerza magnética sobre corrientes eléctricas. 3. Calcular el campo magnético producido por una corriente eléctrica usando la Ley de Ampère y la Ley de Biot Savart. 4. Establecer la ley de Faraday y describir sus aplicaciones Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 2 de 9

3 5. Establecer la relación entre un campo magnético dependiente del tiempo y un campo eléctrico. 6. Describir el comportamiento en el tiempo de un circuito RL. 7. Calcular la energía almacenada en un campo magnético. Unidad IV Campos Electromagnéticos 1. Describir el comportamiento en el tiempo de un circuito LC y RLC 2. Establecer la ley de Ampere-Maxwell y calcular corrientes de desplazamiento. 3. A partir de las ecuaciones de Maxwell obtener la ecuación de onda de las ondas electromagnéticas y reconocer su significado físico. 4. Describir matemáticamente el movimiento ondulatorio 5. Calcular la solución de ondas planas para la ecuación de onda de las ondas electromagnéticas 6. Calcular la energía y el momentum transportados por las ondas electromagnéticas 7. Describir el espectro electromagnético y las propiedades de las ondas electromagnéticas COMPONENTE EXPERIMENTAL El componente experimental consiste en la realización de 12 experimentos, algunos de característica cerrada y otros abiertos, cuyo propósito es reforzar los aspectos teóricos del curso y profundizar y percibir el valor científico y tecnológico de la teoría electromagnética. El trabajo en el laboratorio se realiza en grupos de dos estudiantes, no se permite grupos con más de tres integrantes. Es indispensable que los estudiantes estudié con antelación a la práctica el material y guía de laboratorio. La planeación del curso está alineada con los aspectos teóricos relacionados con cada práctica. Al inicio de cada sesión de laboratorio podrá realizarse una verificación de estudio y de preparación a la práctica. De formación en valores y capacidades: Al terminar el curso cada estudiante habrá tenido la oportunidad de reflexionar sobre los siguientes valores, así como de desarrollar estas capacidades: El aprendizaje activo en el desarrollo del curso establece y promueve los valores de responsabilidad y curiosidad intelectual, fortaleciendo así, la capacidad de desarrollar un pensamiento crítico y sistemático. El estudiante desarrolla la autonomía suficiente para cumplir con los compromisos establecidos en el curso, de igual forma estará en la capacidad de solucionar, tomar decisiones, investigar y lograr un aprendizaje individual permanente. Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 3 de 9

4 El estudiante estará en la capacidad de reconocer sus debilidades y fortalezas a lo largo del curso, de tal forma que a partir de la retroalimentación positiva dentro de los contenidos del programa, este pueda alcanzar los logros y metas propuestas para cumplir con los objetivos del curso. El estudiante estará en la capacidad de tolerar, valorar y respetar la autonomía del entorno durante el desarrollo de clase, de acuerdo a la metodología aplicada al proceso de aprendizaje durante el curso. METODOLOGÍA La metodología del curso ese basa en el proceso enseñanza-aprendizaje activo, donde se busca la mayor participación posible de los estudiantes en la construcción de su conocimiento científico. En el curso hay siempre un texto guía que los estudiantes consultan y siguen en él los avances del mismo. El desarrollo de cualquier capítulo tiene en general los siguientes pasos: En primer lugar los estudiantes deben leer el capítulo, realizar los ejemplos que presenta el texto y presentar una discusión de este material en clase. Luego el profesor hace un resumen de los aspectos más importantes del capítulo y asigna las preguntas y correspondientes, por último el profesor responde inquietudes e indica la forma de resolver los y cuestiones que los estudiantes hayan encontrado. Actividades del estudiante Antes de la clase: Antes de la clase el estudiante debe traer preparado el material de estudio y demás actividades de aprendizaje sugeridas por el docente. Con ello para facilitar los espacios de discusión durante clase. Durante la clase: Durante la clase, el estudiante plantea la discusión que preparó acerca de los temas de la clase, de tal forma que se abre un espacio de discusión, donde se aclaran los conceptos, se resuelven dudas, se proponen de aplicación y de esta forma se va elaborando el esquema general del tema a estudiar y permitiendo abrir nuevas fronteras del conocimiento sobre las aplicaciones e importancia de la teoría electromagnética. Después de la clase: Se proponen talleres y ejercicios para resolver por fuera de la clase, de tal forma que el estudiante haya comprendido y alcanzado los objetivos propuestos de la clase presencial. También se proponen lecturas sobre la parte conceptual y física del tema a tratar en la clase siguiente. El Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 4 de 9

5 estudiante debe estar comprometido en realizar los talleres y preparar las lecturas sugeridas y demás actividades de aprendizaje. EVALUACIÓN Para el componente teórico se realizan tres parciales cuyos porcentajes están establecidos así: Exámenes Porcentaje Unidades a Evaluar Semana de realización Evaluación parcial No 1 28% Unidad 1 y 2 Semana 7 Evaluación parcial No 2 28% Unidad 2 y 3 Semana 12 Evaluación parcial No 3 28% Unidad 4 Semana 17 Verificaciones de estudio y tareas 16% En los exámenes parciales, es posible que se incluya temas y conceptos tratados en la componente práctica de laboratorio. Si el estudiante obtiene una nota inferior a 3.0 en la componente teórica, el laboratorio no se tendrá en cuenta para la nota definitiva, dando como resultado la perdida de la materia. Si el estudiante obtiene una nota de 3.0 o superior a esta en la componente teórica, los porcentajes para calcular la nota definitiva son los siguientes: Nota Componente Teórica 75% Experiencia de Laboratorio 25% Nota Definitiva 100% Para aprobar la materia la Nota Definitiva debe ser mayor o igual a 3.0. (Tenga en cuenta que es posible que pierda la materia si en la componente de laboratorio obtiene una nota muy baja a pesar que haya ganado la componente teórica) El profesor del componente teórico informara sobre el resultado de cada componente y el resultado global del curso en una sesión acordada con los estudiantes en la semana 18 del presente semestre. BIBLIOGRAFÍA - FÍSICA para ingeniería y ciencias, Volumen 2, W. Bauer y G. D. Westfall, Mc Graw Hill, México D. F., 2011 REFERENCIAS - Física para Ciencias e Ingeniería Volumen II, Serway Jewet., Séptima Edición, Cengage Learning Editores, S. A., México D.F., Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 5 de 9

6 - Física Universitaria volumen 2, Sears Zemansky Young Freedman, Addison Wesley Longman, México D.F MATERIA : Electricidad-Magnetismo y Laboratorio PLANEACIÓN PARA: Agosto a diciembre de 2016 COMPONENTE TEÓRICA COMPONENTE EXPERIMENTAL UNIDAD 1 Campo y Potencial Eléctricos TEMAS Carga eléctrica, naturaleza eléctrica de la materia y ley de Coulomb Aplicaciones de la ley de Coulomb Campo eléctrico y cálculo de campos eléctricos debidos a cargas puntuales, dipolos y distribuciones de carga Ley de Gauss y cálculo de campos eléctricos debidos a distribuciones continuas de carga con alta simetría Energía potencial eléctrica y potencial eléctrico Cálculo del potencial eléctrico en distribuciones continuas de carga ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN SESIÓN CLASE SESIÓN LABORATORIO Numerales 21.1 a Semana 1: Experimentos demostrativos de Numerales 21.5, 21.6 y práctica 2 Electrostática Numerales 22.1 a Numerales 22.7 a 22.9 y práctica Numerales 23.1 a 23.3 y Numerales Relación entre campo y potencial eléctricos Numeral Semana2: Experimentos Electrostática (Jaula de Faraday) Semana 3: Instrumentos de medición eléctrica Parte 1. (Incertidumbre, exactitud), (Corriente y voltaje ) Semana 4: Líneas Equipotenciales (Medición Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 6 de 9

7 Taller y cierre de la unidad Revisar notas y analizar 8 ) UNIDAD 2 TEMAS ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN SESIÓN CLASE SESIÓN LABORATORIO Circuitos Eléctricos Capacitancia y capacitores Numerales 24.1 a Semana 5: Líneas Combinación de capacitores Numerales 24.6, 24.9 y práctica Corriente, resistencia y ley de Ohm Numerales 25.1 a Combinación de resistores Numerales 25.5 a 25.8 y práctica Taller de la unidad Problemas asignados 13 Evaluación parcial No 1 (Unidad 1 y 2) Revisar notas y analizar Equipotenciales (Modelamiento y análisis) Semana 6: Condensadores Semana 7: Ley de Ohm Leyes de Kirchhoff Numerales 26.1 a Circuito RC Numerales 26.5 y práctica para resolución de 16 Semana 8: Potencial eléctrico en conductores UNIDAD 3 TEMAS ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN SESIÓN CLASE SESIÓN LABORATORIO Campos Magnéticos Campo magnético y fuerza magnética sobre cargas en movimiento Fuerza magnética sobre un conductor por el que circula una corriente Ley de Biot-Savart y cálculo de campos magnéticos debidos a distribuciones de corriente Ley de Ampere, cálculo de campos magnéticos debidos a distribuciones de corriente con simetrías particulares y naturaleza magnética de la materia Numerales 27.1 a Numerales 27.4 a 27.7 y práctica 18 Numerales 28.1 y Numerales 28.3 a 28.7 y práctica 20 Semana 9: Ley de Kirchoff Parte 1 Semana 10: Ley de Kirchoff Parte2 Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 7 de 9

8 Ley de inducción de Faraday, generadores y motores Inductancia, autoinductancia y circuito RL Numerales 29.1 a Numerales 29.6 a y práctica para resolución de 22 Semana 11: Circuito RC Taller de la unidad Problemas asignados 23 Semana 12: Líneas de campo magnético Revisar notas y analizar Evaluación parcial No 2 (Unidad 2 y 3) 24 (Brújulas) UNIDAD 4 TEMAS ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN SESIÓN CLASE SESIÓN LABORATORIO Campos Electromagnéticos Circuitos LC y RLC Numerales 30.1 a Energía en circuitos AC Ley de Faraday-Henry, Ley de Ampère- Maxwell y ecuaciones del campo electromagnético Numerales 30.6 a 30.8 y práctica 26 Semana 13: Medición de Campo magnético Numerales 31.1 a Semana 14: Fenómeno de Inducción electromagnética Movimiento ondulatorio Numerales 15.1 a Ondas electromagnéticas planas y energía transportada por una onda electromagnética Cantidad de movimiento, presión de radiación Numerales Numerales Ondas electromagnéticas en una antena Numerales 31.6 y 31.7 Taller de la unidad Problemas asignados Semana 15: Práctica abierta Semana 16: Socialización de notas laboratorio Evaluación parcial No 3 (Unidad 4) Revisar notas y analizar Electricidad-Magnetismo y Laboratorio Página 8 de 9

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