ASIGNATURA: Física II CÓDIGO: ÁREA CURRICULAR: Iniciación Profesional SEMESTRE: Quinto. CARÁCTER: Obligatorio PRELACIÓN:

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1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA PROGRAMA LICENCIATURA EN CIENCIAS MATEMATICAS. ÁREA DE FISICA PROGRAMA FÍSICA II

2 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA PROGRAMA LICENCIATURA EN CIENCIAS MATEMATICAS. ÁREA DE FISICA ASIGNATURA: Física II CÓDIGO: 5526 ÁREA CURRICULAR: Iniciación Profesional SEMESTRE: Quinto CARÁCTER: Obligatorio PRELACIÓN: NÚMERO DE HORAS: Teóricas: 4/semana Prácticas: 2/semana ELABORADO POR: Prof. Rommel Guerrero FECHA DE ELABORACIÓN: Febrero 2005 COORDINADOR: Prof. Freddy Torrealba Anzola DOCENTE: Prof. Rommel Guerrero

3 FUNDAMENTACIÓN La signatura de Física II es un curso introductorio de electricidad y magnetismo, el cual esta diseñado para que el estudiante de matemática tenga la oportunidad de aplicar las herramientas que ha aprendido en los cursos de calculo. Durante el curso aparecerán situaciones físicas donde el estudiante tendrá que modelar el sistema o fenómeno de forma tal que pueda extraer la información que necesita, permitiendo de esta manera que adquiera destreza en la manipulación técnica de las herramientas y profundice en el significado y comprensión de las mismas. A continuación nos gustaría comentar algunos aspectos de los temas sobre los cuales se desarrollará la asignatura, ya que esto permitirá comprender mucho mejor la motivación que sustenta la existencia de la misma. Durante el curso, el estudiante conocerá y analizará las interacciones que obran sobre partículas cargadas cuando éstas se encuentran en presencia de un campo eléctrico o magnético. Este tipo de interacciones se caracterizan fundamentalmente por ser a distancia, de allí la necesidad de apelar al concepto de campo vectorial para realizar una correcta descripción e interpretación del fenómeno. El estudiante entonces, tendrá la oportunidad de poner en práctica las herramientas y métodos aprendidos en sus cursos de cálculo y análisis vectorial. Por ejemplo, en muchos casos el estudiante observará que los principios fundamentales que dan sustento a la teoría, están expresados en términos de integrales de línea, superficie o volumen y que muchas veces tendrá que manejar el operador diferencial nabla. Otro aspecto importante de la asignatura esta relacionado con el estudio de ciertos dispositivos incluidos en los circuitos eléctricos, los condensadores y las resistencia. En la Unidad correspondiente, se estudiará el principio físico asociado a estos dispositivos y se empleará la conservación de la carga y de la energía para obtener la ecuación diferencial que describe la evolución de un circuito compuesto por resistencia y condensadores. La motivación de esta parte del curso descansa entonces, en mostrar la importancia y utilidad de las ecuaciones diferenciales para modelar un sistema físico determinado, y en resaltar que en ellas se encuentra toda la información del sistema en cuestión. Como comentario final, nos gustaría agregar que la asignatura se presenta como un escenario ideal para mostrar algunos temas interesantes de la Física Matemática como línea de investigación y de esta manera emplear la asignatura como un preámbulo de la mención Física Matemática del Postgrado en Ciencias de nuestro Decanato.

4 OBJETIVOS GENERALES Familiarizar al estudiantes con las interacciones eléctricas y magnéticas que tienen lugar entre partículas cargadas y partículas en movimiento en presencia de un campo magnético. Comprender que estas interacciones ocurren a distancia, es decir sin la necesidad del contacto, y que para analizar la naturaleza de dichas interacciones es necesario apelar al concepto de campo vectorial. Aprovechar la necesidad de recurrir al concepto de campo vectorial, para que el estudiante ponga en práctica las herramientas y métodos aprendidos en el curso de análisis vectorial, por ejemplo: integrales de línea, superficie y volumen, así como los diferentes teoremas revisados allí. Conocer algunos dispositivos eléctricos empleados en el diseño de circuitos, por ejemplo condensadores y resistencia, y analizar los principios físicos que los sustentan. Aplicar las leyes de conservación de la carga y de la energía sobre estos sistemas o circuitos para plantear las ecuaciones diferenciales que los rigen, y así poder realizar un estudio detallado mediante la solución encontrada para la ecuación. Utilizar la asignatura como un escenario para que el estudiante aplique y comprenda desde un punto de vista práctico los conceptos y métodos aprendidos a lo largo de los cursos de cálculo. Durante el curso, el estudiante tendrá la necesidad de modelar diversos sistemas físicos mediante el planteamiento de formulas o ecuaciones, que inevitablemente lo obligaran a la comprensión profunda de las herramienta empleadas, así como también le permitirá adquirir algunas habilidades en la manipulación del tecnicismo. Familiarizar al estudiante con algunas ecuaciones fundamentales de la Física Matemática. La asignatura puede emplearse para mostrar brevemente aspectos resaltantes de la Física Matemática como línea de investigación, así como también, como preámbulo a la mención Física Matemática de la Maestría en Ciencias de nuestro Decanato.

5 UNIDAD I: Interacciones eléctricas Objetivo Terminal: Al culminar la Unidad el estudiante deberá conocer las interacción eléctrica que se genera entre cargas estacionarias y la relación que existe entre la interacción y el campo eléctrico generados por las cargas. Deberá ser capaz de calcular el campo eléctrico en un punto debido a una distribución de carga mediante tres métodos diferentes: la integral del campo eléctrico, la Ley de Gauss y el potencial eléctrico. CONTENIDO OBJETIVOS ESPECIFICOS ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE Carga eléctrica, fuerza eléctrica y campo eléctrico, cálculo de campos eléctricos de cuerpo cargados con diversas geometrías, análisis del campo eléctrico debido a un dipolo, dipolo eléctrico en un campo eléctrico uniforme. Flujo eléctrico, flujo eléctrico debido una carga puntual, enunciado de la Ley de Gauss, la Ley de Gauss como herramienta para calcular el campo eléctrico producido por una fuente cargadas con alta simetría. Energía potencial eléctrica, diferencia de potencial eléctrico, potencial eléctrico en un punto, relación entre el campo eléctrico y el potencial eléctrico. Familiarizar al estudiante con el concepto de campo vectorial en R 3. Conocer la interacción eléctrica. Entender la necesidad de apelar al concepto de campo vectorial para explicar la interacción a distancia. Obtener la relaciones para calcular el campo eléctrico debido a una distribución discreta y/o continua de carga. Entender la Ley de Gauss como un método alternativo para obtener el campo eléctrico debido a distribución simétrica de carga. Aprovechar la naturaleza conservativa del campo eléctrico para calcular el campo eléctrico de una fuente de carga como el gradiente del potencial eléctrico. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con la Unidad. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección de la Unidad. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentados en ellos.

6 Unidad II: Circuitos eléctricos y sus componentes Objetivo terminal: Al completar la Unidad el estudiante manejara los conceptos de capacitancia corriente y resistencia eléctrica, y será capaz de analizar un circuito de corriente continua que contenga estos elemento. CONTENIDO OBJETIVO ESPECIFICO ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE Condensadores, capacitancia, dieléctricos, Capacitancia equivalente para condensadores conectados en serie y paralelo. Circuitos de condensadores. Corriente eléctrica y densidad de corriente, resistencia y resistividad, Ley de Ohm, fuerza electromotriz (fem) potencia eléctrica. Resistencia equivalente para resistencias conectadas en serie y paralelo, circuitos eléctricos de corriente continua, Leyes de Kirchoff, ecuación de carga y descarga de un condensador, circuitos RC. Familiarizar al estudiante con algunos dispositivos fundamentales de los circuitos eléctricos. Emplear la definición de diferencia de potencial para calcular la capacitancia de algunos condensadores con geometrías conocidas. Introducir brevemente al estudiante a la teoría de conducción eléctrica. Aplicar las Leyes de Kirchoff en la resolución de circuitos mixtos. Ver a los circuitos RC como un ejemplo de un sistema modelado por una ecuación diferencial. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con la Unidad. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección de la Unidad. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentadas en ellos.

7 Unidad III: Interacciones magnéticas Objetivos terminales: Al finalizar la Unidad el estudiante conocerá y manejará las interacciones de naturaleza magnética sobre cargas en movimiento. Podrá identificar las fuentes de campo magnético, calcular el campo magnético generado por algún conductor de corriente y será capaz de identificar alguna fuente de fuerza electromotriz inducida en un circuito producida por la variación temporal de un flujo magnético. CONTENIDO OBJETIVOS ESPECIFICOS ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE Familiarizar al estudiante con las propiedades de un campo magnético. Campo magnético, fuentes de campo magnético, fuerza magnética sobre una carga en movimiento, fuerza de Lorentz, Fuerza magnética sobre un conductor que lleva una corriente eléctrica, momento sobre una espira de corriente en un campo magnético uniforme. Ley de Biot-Savart, Fuerza magnética entre dos conductores paralelos, Ley de Ampère, el campo magnético de un solenoide, flujo magnético, Ley de Gauss del magnetismo. Ley de inducción de Faraday, fem de movimiento, fem inducida y campos eléctricos. Ecuaciones de Maxwell Autoinductancia, circuitos RL, inductancia mutua, oscilaciones de un circuito LC, circuitos RLC. Conocer las características de la interacciones magnética. Obtener la expresión de fuerza que obra sobre un conductor que lleva una corriente y emplear la herramientas de calculo vectorial para interpretar la expresión. Obtener la expresión del torque sobre una espira de corriente. Emplear la Ley de Biot-Savart para obtener el campo magnético en un punto debido a un conductor de corriente. Entender, mediante la aplicación de la Ley de Ampère, que todo conductor que lleva una corriente produce un campo magnético. Estudiar el fenómeno denominado fem inducida en un circuito, mediante la aplicación de la ley de Faraday. Revisión del contenido de la Unidad por parte del estudiante antes de la clase correspondiente. Exposición y análisis detallado de los conceptos relacionados con la Unidad por parte del Profesor. Empleo de equipos audio visuales para facilitar la comprensión de dibujos, gráficos, animaciones, experimentos, aplicaciones tecnológicas, relacionados con la Unidad. Participación activa de los estudiantes en la clase, mediante la discusión de un concepto o la exposición breve de una sección de la Unidad. Durante las horas prácticas, se desarrollaran un conjunto de ejercicios y problemas, donde se procurará mostrar algunas estrategias y maneras de analizar la situaciones presentadas en ellos

8 PLAN DE EVALUACIÓN Parcial Semana Unidad Instrumento Actividades Tipo de evaluación Ponderación I 6 I Prueba objetiva Aplicación del examen acumulativa 33% II 11 II Prueba objetiva Aplicación del examen acumulativa 33% III 15 III Prueba objetiva Aplicación del examen acumulativa 34%

9 BIBLIOGRAFÍA Textos básicos Física. Volumen II Campos y Ondas. Alonso y Finn. Fondo Educativo Internacional, S. A. Curso de Física Berkeley. Vol. II. Electricidad y Magnetismo. Editorial Reverté. Física. Tomo II. Sears Zemansky. 9 na Edición. Editorial Aguilar. Física Tomo II. Física. Resnick Halliday. Editorial John Wiley. Física Tomo II. Física. Serway 4 ta Edición. Editorial Mc Graw Hill Classical Electromgnetic Radiation. Jerry B. Marion. Textos avanzados