UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN FACULTAD DE MATEMÁTICAS MISIÓN

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN FACULTAD DE MATEMÁTICAS MISIÓN Formar profesionales altamente capacitados, desarrollar investigación y realizar actividades de extensión, en Matemáticas y Computación, así como en sus diversas aplicaciones. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Tercer semestre LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN Agosto 2006 Enero 2007

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3 LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN 1. Diseñar soluciones integradas de hardware y software a problemas de índoles científico y tecnológico en materia de análisis e integración de sistemas complejos. 2. Analizar e identificar los requerimientos para el diseño de sistemas computacionales acordes a la tecnología pertinente. 3. Adaptar, modificar e implementar capacidades y aplicaciones a sistemas de cómputo ad-hoc. 4. Automatizar y monitorear procesos de distinta índole, integrándolos bajo estándares de calidad y donde la alta propensión a la incertidumbre sea factor crítico. Electricidad y Magnetismo Semestre: Tercero Horas: 72 Hrs/sem: 4.5 Créditos: 8 Clave: FI-03 Descripción de la asignatura: Con este curso se pretende que el alumno conozca la importancia de la teoría electrostática y magnética, así como su aplicación a problemas prácticos. Objetivo general: Conocer y manejar las fuerzas electromagnéticas que producen la estructura de los átomos y la unión de las moléculas y sólidos; el movimiento de un cuerpo cargado sujeto a una fuerza eléctrica externa; el flujo de cargas eléctricas a través de circuitos y el comportamiento de los elementos de un circuito; la fuerza entre imanes permanentes y las propiedades de los materiales magnéticos. Contenido: 1. Carga y materia. Conocer y manejar algunas propiedades de los cuerpos cargados y la fuerza eléctrica fundamental entre dos cuerpos con carga. a) Introducción al electromagnetismo. b) Carga eléctrica. c) Conductores y aislantes. d) Ley de Coulomb. e) Distribuciones continuas de carga. f) Conservación de la carga. 1

4 2. El campo eléctrico. Conocer los conceptos del campo eléctrico estático producido por cargas en reposo. Describir cómo las cargas en movimiento originan los campos asociados a la radiación electromagnética, como emisión de radio o luz. a) Campo eléctrico. b) Campo eléctrico de cargas puntuales. c) Campo eléctrico de distribuciones continuas de carga. d) Las líneas del campo eléctrico. e) Una carga puntual en un campo eléctrico. f) Dipolo en un campo eléctrico. 3. Ley de Gauss. Conocer y manejar la ley de Gauss como alternativa a la ley de Coulomb. La ley de Gauss es un método más útil e instructivo para determinar el campo eléctrico en situaciones con cierta simetría. a) Introducción. b) Flujo de un campo eléctrico. c) Ley de Gauss. d) Aplicaciones a la ley de Gauss. e) Ley de Gauss y los conductores. f) Pruebas experimentales de la ley de Gauss y de Coulomb. 4. Potencial eléctrico. Analizar y comprender el concepto de energía potencial eléctrica, la cual puede ser caracterizada del mismo modo que la energía gravitacional. También se analizará el concepto de potencial eléctrico y como calcularlo en varias distribuciones de carga discreta y continua. a) Energía potencial. b) Energía potencial eléctrica. c) El potencial eléctrico. d) Cálculo del potencial a partir del campo. e) Potencial generado por cargas puntuales. f) El potencial eléctrico de las distintas distribuciones de carga continua. g) Cálculo del campo a partir del potencial. h) Superficies equipotenciales. i) El potencial de un conductor cargado. 5. Condensadores y dieléctricos. Entender la importancia de los capacitores y su utilización para establecer las configuraciones de campos eléctricos que se requieran para varios propósitos. 2

5 Analizar el comportamiento de los materiales dieléctricos cuando se colocan en un campo eléctrico. a) La capacitancia. b) Cálculo de la capacitancia. c) Almacenamiento de energía en un campo eléctrico. d) Capacitor de placas paralelas con un dieléctrico. e) Los dieléctricos desde el punto de vista atómico. f) Los dieléctricos y la ley de Gauss. g) Tres vectores eléctricos. 6. Corrientes y resistencia. Analizar y comprender los circuitos de corriente directa, donde la dirección de la corriente no cambia con el tiempo. a) La corriente y la densidad de corriente. b) La resistencia, la resistividad y la conductividad. c) La ley de Ohm. d) Un punto de vista atómico de la ley de Ohm. e) Transferencia de energía en un circuito eléctrico. 7. El campo magnético. Conocer y manejar el campo magnético y sus efectos en una carga eléctrica en movimiento. a) Interacciones y polos magnéticos. b) La fuerza magnética sobre una carga en movimiento. c) Cargas circulantes. d) El efecto Hall. e) La fuerza magnética en un alambre portador de corriente. 8. Ley de Ampere. Analizar los campos magnéticos producidos por algunas distribuciones simples de corriente: los alambres rectos y las espirales circulares. Se mostrara la relación entre campos eléctricos y magnéticos. a) El campo magnético producido por una carga en movimiento. b) El campo magnético de una corriente. c) Dos corrientes paralelas. d) El campo magnético de un solenoide. e) Ley de Ampere. 9. Ley de Faraday. Entender y analizar la aparición de una corriente en una espiral de alambre, basándose en la ley de inducción de Faraday. 3

6 a) Los experimentos de Faraday. b) La ley de inducción de Faraday. c) Ley de Lenz. d) Fuerza electromotriz de movimiento. e) Generadores y motores. f) Campos eléctricos inducidos. 10. Inductancia. Entender y manejar la inductancia de un inductor aplicando la ley de Faraday, en la cual una corriente cambiante produce una fuerza electromotriz. Se analizará también los circuitos que contienen sólo un capacitor y un inductor; en éstos, la energía almacenada puede ir y venir entre los dos elementos. a) Inductancia. b) Cálculo de la inductancia. c) Circuitos LR. d) Almacenamiento de energía en un campo magnético. 11. Circuitos eléctricos. Describir las oscilaciones mecánicas, y aprender su formulación matemática. a) La fuerza electromotriz. b) Cálculo de la corriente. c) Otros circuitos de una malla. d) Diferencias de potencial. e) Circuitos de muchas mallas. f) Medidas de corrientes y de diferencias de potencial. g) El potenciómetro. h) Circuitos RC. 12. Propiedades magnéticas de la materia. Analizar y comprender la estructura interna de los materiales que dan origen a las propiedades magnéticas de éstos. Se mostrará que el comportamiento de diferentes materiales magnéticos se entiende a partir de los momentos dipolares magnéticos de los átomos individuales. a) Polos y dipolos. b) La ley de Gauss del magnetismo. c) El magnetismo de la tierra. d) Paramagnetismo. e) Diamagnetismo. f) Ferromagnetismo. g) El magnetismo nuclear. 4

7 13. Oscilaciones electromagnéticas. Entender y comprender la generación de las ondas electromagnéticas en circuitos LC y su analogía con el oscilador armónico simple. a) Oscilaciones LC. b) Analogía con el movimiento armónico simple. c) Análisis cuantitativo de las oscilaciones electromagnéticas. Calificación: Exámenes parciales: 60% Tareas: 40% Bibliografía básica: R. Resnick, D. Halliday y K.S. Krane; Física vol. 2, quinta edición, Edit. CECSA, D. Halliday y R. Resnick, Física vol. 2, tercera edición, Edit. CECSA, Bibliografía complementaria: R.A Serway; Física 2, cuarta edición, Edit. McGrawhill, Perfil Profesiográfico del Profesor: Licenciado en Física, o en Ingeniería Física o Licenciado con posgrado en Física. Elaboración: Dr. Aarón Abraham Aguayo González. Fecha de Elaboración: 28 de junio de

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