MICRODISEÑO CURRICULAR Nombre del Programa Académico

Transcripción

1 1. IDENTIFICACIÓN Asignatura Física de Campos Área Ciencias Básicas Nivel IV Código FCX 44 Pensum Correquisito(s) Prerrequisito(s) FMX23, CIX23 Créditos 4 TPS 4 TIS 8 TPT 64 TIT JUSTIFICACIÓN. El curso de campos de las interacciones gravitacionales, eléctricas y magnéticas proporciona los fundamentos conceptuales para la comprensión de la teoría gravitacional y electromagnética, fundamental para el desarrollo de aplicaciones teóricas y técnicas en mecánica, electricidad, electrónica, comunicaciones y áreas afines; necesarios para que el profesional en estas ramas desarrolle aplicaciones y contribuciones dentro de su saber especifico acordes a las necesidades que el entorno requiera. 3. OBJETIVO GENERAL Analizar y comprender los conceptos fundamentales de la interacción gravitacional, eléctrica, magnética y electromagnética. 4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4.1 Estudiar el concepto de campo gravitacional y sus aplicaciones. 4.2 Comprender el concepto de carga eléctrica y campo eléctrico. Calcular el campo eléctrico debido a cargas discretas y continuas, aplicando la ley de Coulomb y la Ley de Gauss. 4.3 Aplicar los conceptos de trabajo y energía a las interacciones eléctricas. Usándolos para la comprensión del potencial eléctrico, y calcular el potencial eléctrico de carga. 4.4 Interpretar el concepto de capacitancia y su relación con la energía, aplicándolo a las diferentes configuraciones geométricas de cargas. 4.5 Vislumbrar el comportamiento de un material dieléctrico en presencia de un campo eléctrico, debido, a la redistribución de los dipolos eléctricos internos y su influencia en: el campo, potencial y capacitancia total del sistema. 4.6 Aplicar los conceptos de corriente, resistencia y capacitancia, para analizar circuitos eléctricos de corriente directa. 4.7 Comprender la fuerza y torque magnético que experimenta una carga en movimiento o una corriente eléctrica, en una región del espacio donde el campo magnético es distinto de cero. 1 de 6

2 4.8 Calcular los campos magnéticos generados por las diferentes cargas en movimiento o corrientes por medio de la ley de Biot-Savart y ley de Ampère. 4.9 Analizar los fenómenos electromagnéticos dependientes del tiempo y los potenciales inducidos a través de la ley de Faraday y Lenz. 5. COMPETENCIAS Y CONTENIDO TEMÁTICO COMPETENCIAS Entender el concepto de campo eléctrico, y aplicarlo a diferentes situaciones de la mecánica. CONTENIDO TEMÁTICO Gravitación Masa inercial y masa gravitacional. Ley de gravitación universal. Campo gravitacional: Distribuciones de masa discreta y continua. Energía potencial y potencial gravitacional. Leyes de Kepler. INDICADOR DE LOGRO Comprende la diferencia entre el concepto de masa inercial y gravitacional, Calcula campos y potenciales gravitacionales para diferentes masa. Comprender el concepto de carga eléctrica y campo eléctrico. Calcular el campo eléctrico debido a cargas discretas y continuas. ELECTROSTÁTICA Interacción eléctrica Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Definición de campo. Campo eléctrico. Campo eléctrico de distribuciones discretas y continuas de carga. Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme. Momento dipolar eléctrico y torque eléctrico. Flujo eléctrico. Ley de Gauss en forma Comprende concepto de eléctrica. el carga Calcula la fuerza y el campo electrostático generado por una distribución discreta y continua de cargas eléctricas usando la Ley de Coulomb. Maneja la ley de Gauss, y la usa para calcular el campo 2 de 6

3 diferencial e integral. Aplicación de la ley de Gauss. eléctrico. Energía y potencial Aplicar los conceptos de trabajo y energía a las interacciones eléctricas. Usándolos para la comprensión del potencial eléctrico, y calcular el potencial eléctrico de carga. Definición de potencial eléctrico partiendo del teorema del trabajo y la energía. Relación entre el campo eléctrico y el potencial eléctrico. Superficies equipotenciales. Calcular potenciales eléctricos de carga discretas y continuas. Obtención del campo eléctrico desde el potencial eléctrico. Potencial eléctrico y energía potencial eléctrica. Potencial eléctrico debido a un conductor cargado. Potencial y campo eléctrico de un dipolo y su energía potencial. Comentar la ecuación de Laplace y de Poisson. Comprende la relación entre la energía y el potencial eléctrico. Calcula el potencial eléctrico para distintos tipos de distribuciones, y lo puede usar para encontrar el campo eléctrico generado por dichas distribuciones. Reconoce la ecuación de Laplace y de Poisson. Capacitancia Interpretar el concepto de capacitancia y su relación con la energía, aplicándolo a las diferentes configuraciones geométricas de cargas. Definición de capacitancia. Dependencia geométrica de la capacitancia. Cálculo de la capacitancia. Combinación de capacitores serie y paralelo. Energía almacenada en un capacitor cargado. Dieléctricos. Vector de polarización, y de desplazamiento eléctrico para materiales lineales. Resuelve ejercicios que relacionen carga y potencial para hallar capacitancia, además comprende que la capacitancia depende de la geometría, es decir de la forma del capacitor. Soluciona circuitos de capacitores tanto en serie como en paralelo. Comprende el efecto de 3 de 6

4 Ley de Gauss en un dieléctrico Capacitores con material dieléctrico. introducir materiales dieléctricos entre las placas del capacitor. Aplicar los conceptos de corriente, resistencia y capacitancia, para analizar circuitos eléctricos de corriente directa Circuitos de corriente directa Corriente eléctrica. Densidad de corriente. Resistividad y resistencia. Dependencia geométrica de la resistencia. Materiales lineales y Ley de Ohm. Variación de la resistencia con la temperatura. Combinaciones de resistencias (serie y paralelo). Conservación de la carga y la energía ( Leyes de Kirchhoff). Circuito RC (Carga y descarga de un condensador). Entiende el concepto de corriente, resistividad, resistencia, cuando aplicar la ley de Ohm, como varía la resistencia con la temperatura. Aplica las leyes de Kirchhoff para encontrar las variables eléctricas en un circuito de corriente directa. Magneto-estática Comprender la fuerza y torque magnético que experimenta una carga en movimiento o una corriente eléctrica, en una región del espacio donde el campo magnético es distinto de cero. Interacción magnética Fuerza magnética en una carga en movimiento. Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente. Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético uniforme. Momento dipolar magnético y torque magnético. Efecto Hall. Ley de Biot-Savart. Campo Comprende el concepto de campo magnético, las fuentes que los generan, su interacción con otras fuentes y las leyes que se utilizan para calcularlo. Aplica las propiedades de simetría de las corriente usando la ley de Ampere para 4 de 6

5 magnético para distintas corriente. Fuerza magnética entre dos conductores paralelos Ley de Ampère Campo magnético debido a un solenoide Flujo magnético. Ley de Gauss para el magnetismo. Propiedades magnéticas de la materia para materiales lineales. Magnetización y corriente de magnetización. Inducción calcular magnéticos. campos Calcular los campos magnéticos generados por las diferentes cargas en movimiento o corrientes por medio de la ley de Biot- Savart y ley de Ampère. Ley de inducción de Faraday y Ley de Lenz Fuerza electromotriz inducida (FEM). Flujo magnético y la inductancia. Inductancia en serie y paralelo. Ecuación de continuidad. Ecuaciones de Maxwell en forma integral. Aplica la ley de Faraday y de Lenz, al calcular la FEM inducida en diferentes situaciones. 6. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS / METODOLÓGICAS Para el desarrollo integral del curso se recomienda realizar clases magistrales que se pueden complementar con el uso de los proyectores que se encuentran en cada uno de las aulas de nuestra institución. Allí se podrán discutir videos, charlas e incluso mostrar y plantear ejercicios que se podrán desarrollar en el aula de clase, inicialmente por los estudiantes y complementarlos con las discusiones del profesor. Es de carácter obligatorio la discusión permanente de los temas del curso a través de ejercicios que deben solucionar los estudiantes con ayuda y guía del profesor del mismo en la propia aula de clase. 7. ESTRATEGIAS DE SEGUIMIENTO Y EVALUACIÓN 5 de 6

6 La evaluación del curso se llevará a cabo mediante la realización de tres parciales del 20% y un examen final del 20%., de la siguiente manera 1 er Parcial: Gravitación, Ley De Coulomb, Campo eléctrico. 2 do Parcial: Ley de Gauss, Potencial eléctrico, capacitancia. 3 er Parcial: Corriente y resistencia, Magneto-estática Examen final: Inducción. Y un 20% de seguimiento donde el docente decide como realizarlo, entre: quices, talleres, reportes de lectura y/o actividades realizables a través del campus virtual del ITM, por medio de la plataforma moodle. 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1 SERWAY, Raymond A. y John W. Jewett. Física para ciencias e ingeniería Volumen II. 6a. ed. Thomson. México, SEARS et al. Física universitaria. 11 ed. México : Pearson, ALONSO Marcelo FINN Edward, Fundamental University Physics volume II, Fields and waves. Ed. Addison Wesley, GIANCOLI, Douglas C. Física. 4. ed. México: Prentice-Hall, LALINDE, Jairo Enrique M. Física eléctrica para ingenieros. Universidad Santo Tomás. Bogotá, WILSON, Jerry D. Física con aplicaciones. 2 ed. México: McGraw-Hill, BENSON, Harris Física Universitaria 2 ed. México: Continental, Elaborado por: Luis Alfredo Muñoz Richard Hamilthon Benavides Versión: 3 Fecha: 31/01/2012 Aprobado por: Hernán Salazar 6 de 6