FISICA III. Carrera: (4-2-10)

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Carrera: FISICA III INGENIERÄA ELECTRÅNICA Clave de la asignatura: Horas teoräa-horas pråctica-crçditos (4-2-10) 2.- HISTORIA DEL PROGRAMA LUGAR Y FECHA DE ELABORACIÉN O REVISIÉN Instituto TecnolÇgico de Tijuana Junio 2003 Instituto TecnolÇgico de Orizaba Agosto 2003 Mexicali B.C 23 al 27 de Febrero 2004 PARTICIPANTES Participantes de las academias de ingenieréa electrçnica de los Institutos TecnolÇgicos. Academias de IngenierÉa ElectrÇnica. ComitÜ de consolidaciçn de la carrera de IngenierÉa ElectrÇnica. OBSERVACIONES (CAMBIOS Y JUSTIFICACIÉN) ReuniÇn Nacional de EvaluaciÇn Curricular de la Carrera de IngenierÉa ElectrÇnica. AnÑlisis y enriquecimiento de las propuestas de los programas diseöados en la reuniçn nacional de evaluaciçn DefiniciÇn de los programas de estudio de la carrera de IngenierÉa ElectrÇnica. 3.- UBICACIÉN DE LA ASIGNATURA

2 a). RelaciÑn con otras asignaturas del plan de estudio A N T E R I O R E S P O S T E R I O R E S ASIGNATURAS TEMAS ASIGNATURAS TEMAS MatemÑticas I Aplicaciones de la TeorÉa TeorÉa de potencial derivada electromagnütica. (EcuaciÇn de Laplace y Poisson) MatemÑticas II MÜtodos de integraciçn circuitos elüctricos I y II Campos estñticos y variables en el tiempo Potencia ElÜctrica Circuitos elüctricos Integral definida MatemÑticas III Aplicaciones de la integral Sistemas de coordenadas RepresentaciÇn de vectores en diferentes sistemas de coordenadas e integrales Máltiples Integrales de lénea y de contorno MÑquinas elüctricas Circuitos acoplados magnüticamente InducciÇn electromagnütica b). AportaciÑn de la asignatura al perfil del egresado Aplicara los conocimientos bñsicos de los campos electromagnüticos a las ciencias de la ingenieréa InterpretarÑ y modelarñ los fençmenos de los campos electromagnüticos.

3 4. OBJETIVO (S) GENERAL (ES) DEL CURSO. El alumno aplicarñ las leyes que explican los campos elüctricos y magnüticos en la soluciçn de problemas de ingenieria 5. TEMARIO UNIDAD T E M A S S U B T E M A S

4 I Sistemas coordenados y cñlculo vectorial 1.1 Coordenadas cartesianas: Puntos, Campos vectoriales y escalares, Operaciones con vectores. Gradiente, divergencia, rotacional y laplaciano 1.2 Coordenadas ciléndricas : Puntos, Campos vectoriales y escalares, Operaciones con vectores. Gradiente, divergencia, rotacional y laplaciano. 1.3 Coordenadas esfüricas: Puntos, Campos vectoriales y escalares, Operaciones con vectores. Gradiente, divergencia, rotacional y laplaciano. 1.4 TransformaciÇn de coordenadas de un sistema a otro Dado un punto o campo escalar en cualquier sistema coordenado, transformarlo a los otros dos sistemas coordenados Dado un vector o campo vectorial en cualquier sistema coordenado, transformarlo a los otros dos sistemas coordenados. 1.5 Diferenciales de longitud, Ñrea y volumen en los diferentes sistemas de coordenadas 1.6 Postulados fundamentales de campos electromagnüticos

5 II ElectrostÑtica 2.1 Campos electrostñticos en el vacéo Ley de Coulomb e intensidad de campo electrico Campos elüctricos debidos a distribuciones continuas de carga Densidad de flujo elüctrico Ley de Gauss (EcuaciÇn de Maxwell). Aplicaciones de esta ley Potencial elüctrico. RelaciÇn entre E y V (EcuaciÇn de Maxwell) El dipolo elüctrico LÉneas de flujo elüctrico y superficies equipotenciales Densidad de energéa en los campos electrostñticos. 2.2 Campos electrostñticos en el espacio material Corriente de conducciçn y corriente de convecciçn PolarizaciÇn en dielüctricos. Constante y resistencia dielüctricas DielÜctricos lineales, isotrçpicos y homogüneos EcuaciÇn de continuidad y tiempo de relajaciçn Condiciones de frontera. III Campos magnetostñticos 2.3 Problemas con valores en la frontera en electrostñtica 3.1 Campos magnetostñticos Ley de Biot-Savart Ley de Ampere de los circuitos (EcuaciÇn de Maxwell). Aplicaciones de la ley de Ampere Densidad del flujo magnütico (EcuaciÇn de Maxwell) Potenciales magnüticos escalares y vectoriales. 3.2 Fuerzas en materiales y aparatos magnüticos Fuerzas debidas a los campos magnüticos Par de torsiçn y momento magnüticos El dipolo magnütico MagnetizaciÇn de los materiales. ClasificaciÇn de los materiales magnüticos Condiciones de frontera magnütica Inductores e inductancia. EnergÉa magnütica Circuitos magnüticos.

6 IV InducciÇn electromagnütica Ley de Faraday Fuerza electromotriz inducida Ley de Lenz Circuitos magnüticos Ley de Faraday para dispositivos en movimiento mñquinas elüctricas 6. APRENDIZAJES REQUERIDOS Aplicar la derivada de una funciçn Manejar el concepto de vector en dos y tres dimensiones. Operar con vectores en diferentes sistemas coordenados. Manipular con y sin ayuda de un software los conceptos de los operadores gradiente de un campo escalar, divergencia de un campo vectorial, rotacional de un campo vectorial y laplaciano en los tres sistemas coordenados. Calcular integrales de lénea, de superficie y de volumen en los tres sistemas coordenados con y sin la ayuda de un software en los tres sistemas coordenados. Manejar los teoremas de Stokes, teorema de Gauss y divergencia Manejar Sistemas de unidades. 7. SUGERENCIAS DIDÖCTICAS Facilitar el razonamiento y la reflexiçn matemñtica de los fençmenos y leyes que gobiernan la electricidad y el magnetismo. Proporcionar casos o ejemplos de problemas reales, cotidianos y actuales relacionados con la ingenieréa elüctrica y electrçnica. Generar actividades de aprendizaje que despierten el interüs y motivaciçn del alumno, resolviendo problemas prñcticos que ayuden a comprender y aprender significativamente los conceptos, fundamentos y leyes del electromagnetismo. Utilizar software actualizado (mathlab, mathcad, matemñtica, maple) como ayuda didñctica entodas las unidades de aprendizaje. Consultar direcciones de Internet relacionadas con temas propuestos de las unidades de aprendizaje.

7 Enriquecer de manera permanente las prñcticas del Laboratorio de electricidad y magnetismo. Organizar conferencias con expertos en la materia. Motivar entre alumnos y maestros la creaciçn y presentaciçn de material didñctico utilizando todos los medios al alcance.(software de presentaciones, rotafolio, retroproyector etc.) Utilizar peléculas y videos que tratan los temas del programa. Programar visitas a las industrias relacionadas. Desarrollar modelos didñcticos que permitan comprender los conceptos teçricos. 8. SUGERENCIAS DE EVALUACION Revisar los reportes y actividades realizadas en el laboratorio, de acuerdo a un formato previamente establecido 1. Considerar la participaciçn en las actividades programadas en la materia: o ParticipaciÇn en clases o Cumplimiento de tareas y ejercicios o ExposiciÇn de temas o asistencia o paneles o participaciçn en congresos o concursos Aplicar exñmenes escritos considerando que no sea el factor decisivo para la acreditaciçn del curso. Considerar el desempeöo integral del alumno 1

8 9. UNIDADES DE APRENDIZAJE NàMERO DE UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: SISTEMAS COORDENADOS OBJETIVO ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Bibliogr aféa El alumno utilizarñ los sistemas coordenados y el Representar campos vectoriales y escalares en coordenadas cartesianas, ciléndricas y esfüricas 1,2,3 cñlculo vectorial en la soluciçn de problemas de Realizar operaciones con vectores en coordenadas cartesianas, ciléndricas y electricidad y esfüricas usando los conceptos de magnetismo. gradiente, divergencia, rotacional y laplaciano.. NàMERO DE UNIDAD: II NOMBRE DE LA UNIDAD: CAMPOS ELECTRÅSTATICOS. OBJETIVO ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Bibliogr aféa

9 El alumno aplicarñ conceptos fundamentales de ElectrostÑtica en la soluciçn de problemas. Aplicar la ley de Gauss, el concepto de gradiente, teorema de divergencia, rotacional, y teorema de Stokes en la soluciçn de problemas de electrostñtica. Utilizar software en la soluciçn de problemas Realizar prñcticas de laboratorio que involucren los principios de la electrostñtica 1,2,3 NàMERO DE UNIDAD: III NOMBRE DE LA UNIDAD: MAGNETOSTâTICA. OBJETIVO El alumno aplicarñ conceptos fundamentales de magnetostñtica en la soluciçn de problemas. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Aplicar la ley de Biot - Savart, ley de Ampere, y las ecuaciones de Maxwell en la soluciçn de problemas de magnetostñtica. Utilizar software en la soluciçn de problemas Realizar prñcticas de laboratorio que involucren los principios de la magnetostñtica Bibliogr aféa 1,2,3, 5 NàMERO DE UNIDAD: IV NOMBRE DE LA UNIDAD: ECUACIONES DE MAXWELL DEL ELECTROMAGNETISMO. OBJETIVO El alumno aplicarñ los principios del electromagnetismo y las ecuaciones de Maxwell en la soluciçn de problemas de las ciencias de la ingenieréa. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Aplicar la Ley de Faraday, Ley de Lenz y las ecuaciones de Maxwell en la soluciçn de problemas. Utilizar software en la soluciçn de problemas Realizar prñcticas de laboratorio que involucren los principios de la inducciçn electromagnütica Bibliogra féa 1,2,3, 4

10 10. FUENTES DE INFORMACION 2. SADIKU M. ELEMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO Ed. McGRAW-HILL 3. David K Cheng Fundamentos de Electromagnetismo para IngenierÉa Addison-Wesley Iberoamericana 4. Introduction to electromagnetic Fields Clayton R. Paul, Keith W. Whites Mc. Graw Hill 5. PLONUS M. A. ELECTROMAGNETISMO APLICADO Ed. REVERTE 6. SERWAY RAYMOND A. FISICA, VOL. II Ed. McGRAW-HILL 7. DEL TORO VINCENT CIRCUITOS MAGNäTICOS Ed. McGRAW-HILL 1. HALLIDAY DAVID Y RESNICK ROBERT FISICA II Ed. C.E.C.S.A. 8. Uso de software y videos para reforzar los experimentos de laboratorio.(recomendaciçn: CAEME CENTER Atn. Dr. Magdy Iskander. Dept. of Electrical Eng. Universidad de UTAH. Salt Lake City, UTAH, USA. 9. Physics 2000 Universidad de Colorado

11 11. PRACTICAS 1: ComprobaciÇn de las propiedades de las cargas elüctricas, campo elüctrico y Ley de Coulomb. 2: VerificaciÇn de la existencia de campos MagnÜticos y del espectro magnütico 3: Experimento de Oersterd 4: Experimento del Columpio elüctrico 5: VerificaciÇn de Campo MagnÜtico en bobinas y electroimñn 6: VerificaciÇn de la Ley de Faraday 7: VerificaciÇn de la Ley de Lenz