EVALUACIÓN ALUMNOS DE PRIMER CURSO NO ADAPTADOS AL GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA

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1 TITULACIÓN: INGENIERÍA TÉCNICA EN INFORMÁTICA DE SISTEMAS ASIGNATURA: FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA EVALUACIÓN ALUMNOS DE PRIMER CURSO NO ADAPTADOS AL GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA PROFESORES EVALUADORES Nombre y apellidos Marta Rojo Martínez Área/ Departamento Electromagnetismo/ Física Despacho y Facultad dónde se ubica. B1.1B.028 Facultad de Química Teléfono Correo electrónico y página web mrojo@um.es Horario de atención al alumnado Lu de 17 a 18:30h Ju de 11:30 a 13h Tutoría electrónica en SUMA Nombre y apellidos Área/ Departamento Despacho y Facultad dónde se ubica. Teléfono Correo electrónico y página web Horario de atención al alumnado Jesús Ruiz Martínez Física Aplicada/ Física CONTENIDOS DE TEORÍA Bloque I: Electromagnetismo y Circuitos Eléctricos Tema I.1: Campo Eléctrico Carga eléctrica. Ley de Coulomb Campo Eléctrico Flujo del campo Eléctrico. Ley de Gauss Dipolo eléctrico Potencial Eléctrico y Energía Potencial Electrostática Respuesta de los medios materiales a los campos eléctricos Condensadores Tema I.2: Corriente eléctrica Flujo de carga eléctrica. Corriente y Densidad de corriente Resistencia eléctrica. Ley de Ohm Conductividad eléctrica Potencia disipada en un conductor: Ley de Joule Potencia suministrada por una fuente de fuerza electromotriz Tema I.3: Circuitos de corriente continua Elementos de circuito cc Asociación de resistencias Análisis de circuitos Corrientes transitorias: Carga y descarga de un condensador Aparatos de medida eléctricos Tema I.4: Campo Magnético Fuerza magnética sobre cargas en movimiento Fuerza magnética sobre corrientes Campo magnético creado por una corriente Ley de Ampère Flujo del campo magnético Materiales magnéticos 1

2 Tema I.5: Campos electromagnéticos variables con el tiempo Inducción electromagnética: Ley de Faraday-Lenz Corriente de desplazamiento. Ley de Ampère generalizada Ecuaciones de Maxwell Autoinducción. Inducción mutua. Energía del campo magnético Memorias magnéticas Tema I.6: Circuitos de corriente alterna Corrientes alternas sinusoidales Respuesta de los elementos pasivos en corriente alterna Análisis de circuitos. Impedancia Potencia en circuitos de corriente alterna Oscilaciones electromagnéticas: Circuitos LC y LCR Circuitos resonantes Tema I.7: Ondas electromagnéticas Características generales de las ondas Ondas electromagnéticas planas Intensidad de una onda electromagnética Espectro electromagnético Interferencia y difracción Bloque II: Estado Sólido Tema II.1: Los orígenes de la Teoría Cuántica El origen de la constante cuántica: Teorías de Planck y de Einstein Cuantización de las energías atómicas Modelo atómico de Bohr Tema II.2: Fundamentos de Mecánica Cuántica Propiedades ondulatorias de las partículas: La hipótesis de de Broglie Dualidad onda-partícula Función de onda Principio de Incertidumbre de Heisenberg Ondas de materia y Principio de Incertibumbre Ecuación de Schrödinger. Aplicaciones Tema II.3: Mecánica Cuántica Atómica Solución de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno Funciones de onda del átomo de hidrógeno Efecto Zeeman El espín del electrón Sistema periódico de los elementos Tema II.4: Física del Estado Sólido Estructuras cristalinas y enlaces en los sólidos Teoría clásica de electrones libres en metales Teoría cuántica de electrones libres de Sommerfeld Teoría de bandas en los sólidos: Conductores, aislantes y semiconductores PRÁCTICAS LABORATORIO Práctica 1. Práctica 2. Práctica 3. Práctica 4. Práctica 5. Conceptos básicos de medida y análisis de errores Medida de resistencias. Aparatos básicos de medida El osciloscopio. Medida de señales eléctricas Carga y descarga de un condensador Circuitos de corriente alterna: circuitos resonantes y filtros. 2

3 OBJETIVOS FORMATIVOS DE CADA TEMA (el alumno debe ser capaz de) Tema I.1. Campo Eléctrico - Enumerar las características de las cargas eléctricas - Aplicar la ley de Coulomb y el principio de superposición para calcular la fuerza de interacción entre cargas eléctricas estáticas - Definir los conceptos de campo eléctrico, potencial eléctrico y energía potencial electrostática - Explicar el significado de las líneas de fuerza y de las superficies equipotenciales - Resolver ejercicios sencillos de cálculo de campo eléctrico, potencial eléctrico y energía potencial electrostática con cargas puntuales - Aplicar la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico de una distribución continua de carga - Definir las características de un dipolo eléctrico y explicar su comportamiento en el seno de un campo eléctrico uniforme - Distinguir entre materiales conductores y dieléctricos en relación con su comportamiento frente a los campos eléctricos - Describir las características de un condensador - Explicar el significado de condensador equivalente a una asociación - Describir el efecto de un dieléctrico en un condensador - Resolver ejercicios sencillos de asociación de condensadores con y sin dieléctrico Tema I.2. Corriente Eléctrica - Definir los conceptos de corriente y densidad de corriente, resistencia eléctrica, resistividad y conductividad - Expresar la ley de Ohm en sus formas circuital y vectorial - Identificar un medio óhmico - Definir la potencia disipada en un conductor - Explicar la potencia suministrada por una fuente de fuerza electromotriz a un circuito eléctrico, y comprobar la conservación de la energía - Resolver ejercicios sencillos relacionados con los conceptos anteriores Tema I.3. Circuitos de Corriente Continua - Calcular la resistencia equivalente de una asociación de resistencias - Analizar y resolver circuitos eléctricos de corriente continua mediante las leyes de Kirchoff y el método de las corrientes de malla - Calcular la potencia suministrada y disipada en un circuito de corriente continua y comprobar la conservación de la energía - Explicar los procesos de carga y descarga de un condensador - Describir las características fundamentales de los aparatos básicos de medidas eléctricas Tema I.4. Campo Magnético - Explicar y cuantificar los efectos de los campos magnéticos sobre las cargas y las corrientes eléctricas - Idenficar las corrientes eléctricas como fuentes del campo magnético - Definir momento magnético e identificar su importancia en la explicación de las propiedades magnéticas - Enunciar la ley de Ampère para corrientes estacionarias y aplicarla al cálculo de campos magnéticos - Calcular la fuerza entre corrientes eléctricas - Distinguir entre los distintos tipos de materiales magnéticos - Explicar la respuesta de los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos frente a los campos magnéticos, y las diferencias entre ellos Tema I.5. Campos Electromagnéticos variables con el tiempo - Explicar el fenómeno de inducción magnética y sus aplicaciones tecnológicas - Enunciar la ley de Faraday-Lenz y explicar su significado - Explicar que un campo magnético variable genera un campo eléctrico variable - Enunciar la ley de Ampère-Maxwell 3

4 - Explicar que un campo eléctrico variable genera un campo magnético variable - Identificar la importancia de las ecuaciones de Maxwell - Explicar los conceptos de autoinducción e inducción mutua y realizar aplicaciones de los mismos - Explicar la energía del campo magnético partiendo de un circuito RL - Explicar el funcionamiento de las memorias magnéticas Tema I.6. Circuitos de Corriente Alterna - Describir la respuesta de los elementos pasivos a las corrientes alternas sinusoidales - Explicar el concepto de impedancia y enumerar la impedancia de los distintos elementos de circuito - Interpretar el significado de la notación fasorial - Analizar y resolver circuitos eléctricos de corriente alterna mediante las leyes de Kirchoff y el método de las corrientes de malla - Explicar los distintos tipos de potencia en circuitos de corriente alterna - Calcular la potencia suministrada y disipada en un circuito de corriente alterna y comprobar la conservación de la energía - Describir el fenómeno de resonancia en circuitos LCR y resolver ejercicios de aplicación Tema I.7. Ondas Electromagnéticas - Describir las características generales de las ondas - Explicar que las ecuaciones de Maxwell predicen la existencia de ondas para los campos eléctrico y magnético - Identificar la naturaleza de las ondas electromagnéticas como ondas conjuntas de los campos E y B. - Calcular la intensidad de una onda electromagnética - Enumerar las características de las ondas electromagnéticas planas - Describir el espectro electromagnético - Explicar los fenómenos de interferencia y difracción - Resolver ejercicios sencillos de ondas electromagnéticas Tema II.1. Orígenes de la Teoría Cuántica - Explicar las limitaciones de la física clásica para la explicación de algunos fenómenos - Explicar el origen de la constante cuántica en relación con la teoría de Planck sobre la radiación del cuerpo negro, y demostrar que a escala macroscópica no existe contradicción con la teoría Clásica - Explicar las características del efecto fotoeléctrico mediante la teoría corpuscular de la luz de Einstein - Describir el espectro de emisión del hidrógeno y aplicar las fórmulas espectrales empíricas - Describir los modelos atómicos de Thomson y Rutherford - Enunciar los postulados de Bohr y explicar las implicaciones físicas de los mismos Tema II.2. Fundamentos de Mecánica Cuántica - Enunciar la teoría de de-broglie y demostrar que para objetos macróscópicos no existe contradicción con la teoría Clásica - Explicar la dualidad onda-partícula y describir algunos experimentos que la ponen de manifiesto - Describir el estado de un sistema en Mecánica Cuántica mediante la función de onda y explicar su interpretación probabilística - Enunciar el principio de incertidumbre de Heisenberg y explicar sus implicaciones - Representar las magnitudes físicas en Mecánica Cuántica mediante operadores - Explicar la importancia de la ecuación de Schrödinger en Mecánica Cuántica - Analizar algunas aplicaciones de la ecuación de Schrödinger Tema II.3. Mecánica Cuántica Atómica - Enunciar y analizar los resultados de la aplicación de la ecuación de Schrödinger al átomo de hidrógeno 4

5 - Explicar el significado de los números cuánticos atómicos - Analizar las funciones de onda del átomo de hidrógenoy las curvas de densidad de probabilidad radial - Explicar la verificación experimental de la componente z del momento angular orbital - Describir el momento magnético de espín del electrón y su cuantización - Describir el estado de un electrón mediante los cuatro números cuánticos y enumerar los posibles estados del átomo de hidrógeno - Enumerar las características del sistema periódico de los elementos y las normas básicas sobre la configuración electrónica de los átomos multielectrónicos - Relacionar las propiedades físicas y químicas de los elementos con su configuración electrónica - Resolver ejercicios sencillos sobre los contenidos anteriores Tema II.4. Física del Estado Sólido - Describir los conceptos básicos de las estructuras cristalinas y los enlaces de los sólidos - Enunciar las bases del modelo clásico de electrones libres, y los aciertos y los fallos del mismo en la explicación de la conductividad de los metales - Enunciar las bases del modelo cuántico de electrones libres, y los aciertos y los fallos del mismo en la explicación de la conductividad de los metales - Enunciar las bases de la teoría de bandas en los sólidos y explicar la razón física de las bandas y el número de estados en las mismas mediante la aproximación de fuerte ligadura - Describir la estructura de bandas de conductores, aislantes y semiconductores, y explicar sus propiedades eléctricas en relación con ellas - Explicar las propiedades eléctricas de los semiconductores extrínsecos PRUEBAS DE EVALUACIÓN A.- Examen de prácticas de laboratorio: Ponderación: 15% Examen individual consistente en la realización de una o parte de una de las prácticas, para lo que los alumnos dispondrán de sus cuadernos de laboratorio. Importante: Para aprobar la asignatura es imprescindible obtener en el examen final de prácticas de laboratorio, como mínimo, el 30% de la calificación máxima. Los alumnos que hayan superado esta prueba en cursos anteriores no tendrán que repetirla B.- Examen final de teoría y ejercicios de aplicación: Ponderación: 85% Examen teórico-práctico sobre la totalidad de los temas de la asignatura. Criterios generales de evaluación Conocimientos adquiridos: conceptos y leyes de la Física Uso adecuado del carácter vectorial de las magnitudes físicas Capacidad de análisis Aplicación correcta de las leyes y ecuaciones Procedimiento de cálculo Resultados obtenidos Empleo adecuado de las unidades Empleo correcto de las cifras significativas en el resultado de una medida Expresión adecuada de los errores de magnitudes directas e indirectas Representación gráfica adecuada de los resultados experimentales e interpretación correcta de los mismos 5

6 BIBLIOGRAFÍA Bibliografía básica R. A. SERWAY Y J. W. JEWETT, Física, vol.1 y 2, Thomson, 3ª Edición, 2003 P. A. TIPLER y G. MOSCA, Física, vol 1 y 2, Ed Reverté, 5ª Edición, 2005 H., GARCÍA y A. C., DAMASK, Physics for computer science students, Ed J. Wiley, 1986 J. A. EDMINISTER y M. NAHVI, Circuitos Eléctricos, Ed McGraw Hill,3ª Edición, 1997 Bibliografía complementaria P. A. TIPLER, "Física para la Ciencia y la Tecnología, vol 1 y 2, Ed Reverté,4ª Edición, 1999 W. E. GETTYS, F. J. KELLER Y M. J. SKOVE, "Física Clásica y Moderna, McGraw Hill, 1991 M. ALONSO y E. J. FINN, Física Vol.III. Fundamentos Cuánticos y Estadísticos, F.E. Interamericano, 1976 A. J. CONEJO y otros, Circuitos Eléctricos para la Ingeniería, Ed McGraw Hill,