Contenido Programático Detallado

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1 Contenido Programático Detallado ASIGNATURA: FÍSICA DEL ELECTROMAGNETISMO Dirección de Ciencias Naturales Área de: FÍSICA CÓDIGO: Mnemónico: FIEM Numérico: 1. OBJETIVOS GENERALES Contribuir a la formación del espíritu científico del estudiante mediante el desarrollo de su capacidad argumentativa, interpretativa, comunicativa y el trabajo en equipo. Entender la fuerza electromagnética como una de las interacciones fundamentales en la naturaleza, crucial para analizar las propiedades de la materia y esencial en el desarrollo y las aplicaciones de la ciencia y la tecnología modernas. Comprender los conceptos fundamentales asociados con el electromagnetismo y entender el origen y las características principales de las leyes básicas que gobiernan el comportamiento de los campos eléctrico y magnético, desarrollando simultáneamente la capacidad para aplicar estas leyes en la solución de problemas sencillos enmarcados en el contexto del electromagnetismo. Aplicar los conocimientos del electromagnetismo a la identificación de problemas y a su solución, utilizando diversos tipos de herramientas, incluyendo las tecnológicas. ESPECÍFICOS Al terminar el curso, el estudiante estará en capacidad de: Entender que, así como la mecánica clásica es gobernada por las leyes de Newton, el electromagnetismo es gobernado por las cuatro ecuaciones de Maxwell, el principio de conservación de la carga eléctrica y la fuerza de Lorentz. Comprender el origen y la importancia del concepto de campo electromagnético. Definir los conceptos de carga eléctrica, campo eléctrico, flujo eléctrico, potencial eléctrico, campo magnético, flujo magnético, campo electromagnético. Clasificar los diferentes tipos de materiales de acuerdo con las propiedades eléctricas: conductores, semiconductores y dieléctricos, analizando aplicaciones sencillas en la tecnología. Calcular campos eléctricos generados por distribuciones de carga sencillas mediante el principio de superposición. Entender la ley de Gauss como principio fundamental de la electrostática y como herramienta en el cálculo de campos eléctricos cuando los sistemas de carga tienen un alto grado de simetría. Entender el concepto de potencial eléctrico y su relación con el campo eléctrico, el trabajo eléctrico y la energía potencial eléctrica.

2 Plantear y formular las expresiones para el cálculo de la capacitancia de una asociación de condensadores en serie, paralelo, delta y estrella. Definir corriente eléctrica. Entender un modelo sencillo de la conducción eléctrica en materiales. Definir conductividad y resistencia eléctrica. Formular e interpretar la ley de Ohm y argumentar los límites de validez. Interpretar la dependencia de la resistencia eléctrica con la temperatura en los conductores. Entender que las leyes de Kirchhoff son una manera práctica de tener en cuenta la conservación de la carga eléctrica y la conservación de la energía cuando se trabaja con circuitos eléctricos. Calcular la energía disipada por un material conductor al paso de una corriente eléctrica. Calcular el efecto de un campo magnético sobre la trayectoria de una partícula cargada en movimiento. Interpretar y calcular el efecto de interacción de una corriente eléctrica con un campo magnético externo. Comprender la interacción de corrientes eléctricas mediante la creación de campos magnéticos. Establecer que las corrientes eléctricas son las fuentes principales de campo magnético. Entender que el campo magnético, al igual que el eléctrico, admite el principio de superposición. Entender la ley de Biot - Savart como principio fundamental de la magnetostática y utilizarla en el cálculo de campos magnéticos producidos por sistemas de corriente. Entender la ley de Ampere como principio fundamental de la magnetostática y aplicarla en el cálculo de campos magnéticos en problemas con alto grado de simetría. Interpretar físicamente la ley de Lenz y la ley de Faraday. Resolver problemas cualitativos y cuantitativos relacionados con la ley de Lenz, la ley de Faraday, el cálculo de la fem en conductores móviles y la fem de autoinducción. Explicar el fenómeno de inducción electromagnética y el de autoinducción. Explicar, mediante ejemplos, la importancia práctica del fenómeno de inducción electromagnética y en particular las múltiples aplicaciones en la ciencia y los variados procesos industriales: (motores y generadores de corriente AC, transformadores, etc.) Entender que el campo magnético almacena energía, lo mismo que lo hace el campo eléctrico. Definir corriente alterna, reactancia capacitiva, reactancia inductiva e impedancia. Plantear e interpretar los siguientes conceptos: corriente eficaz, tensión eficaz, potencia y factor de potencia. Explicar el comportamiento de circuitos resistivos, capacitivos e inductivos, formulando las ecuaciones que caracterizan a cada uno de estos tipos de circuitos. Explicar los fenómenos de resonancia en circuitos de corriente alterna. Explicar el principio de funcionamiento de un transformador y sus ventajas al usarlo en transmisión de energía a largas distancias. Desarrollar habilidades para la solución de circuitos AC, ya sea mediante la técnica de fasores o utilizando notación compleja. 2. JUSTIFICACIÓN En el marco de la formación integral del estudiante de la Escuela, el Electromagnetismo es fundamental para comprender los principios básicos de buena parte de la ciencia y la tecnología

3 moderna. Además, al tratarse de una materia básica, su entendimiento permite desarrollar puentes entre las diferentes ingenierías creando un ambiente multidisciplinario esencial en el desarrollo de la ingeniería actual. 3. REQUISITOS ACADÉMICOS FIMF 4. CORREQUISITO ACADÉMICO CALI 5. CRÉDITOS ACADÉMICOS Tiempo presencial (en horas al semestre) 96 Tiempo independiente (en horas al semestre) 96 Total de créditos académicos 4 6. INTENSIDAD SEMANAL Exposición Magistral 4.5 Laboratorio 1.5 Trabajo individual 6.0 Total de horas/semana CONTENIDO PROGRAMÁTICO RESUMIDO 1. ELECTROSTÁTICA 2. CAPACITANCIA Y CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA 3. CAMPO MAGNÉTICO Y MAGNETOSTÁTICA 4. ELECTRODINÁMICA 5. CORRIENTE ELÉCTRICA ALTERNA 8. CONTENIDO PROGRAMÁTICO DETALLADO 1. ELECTROSTATICA Carga eléctrica Estructura atómica de la materia, clasificación de los materiales según sus propiedades eléctricas. Ley de Coulomb. Principio de superposición. Campo eléctrico creado por partículas puntuales cargadas y por cuerpos con distribución continua de carga eléctrica. Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico

4 Flujo eléctrico, Ley de Gauss Potencial eléctrico. Potencial eléctrico creado por partículas puntuales cargadas y por cuerpos con distribución continua de carga eléctrica. Relación entre campo eléctrico y potencial eléctrico. Líneas de fuerza Energía potencial eléctrica 2. CAPACITANCIA Y CORRIENTE CONTINUA Campo eléctrico en conductores. Condensadores y capacitancia. Materiales dieléctricos. Corriente eléctrica Modelo de conducción eléctrica, ley de Ohm, conductividad eléctrica y resistencia eléctrica. Fuentes de corriente y voltaje. Energía y potencia eléctrica. Leyes de Kirchhoff Circuito RC: carga y descarga de un condensador. Instrumentos eléctricos: galvanómetro, amperímetro, voltímetro, ohmiómetro, potenciómetro. 3. CAMPO MAGNÉTICO Y MAGNETOSTÁTICA Magnetismo y campo magnético. Partícula cargada en un campo magnético Fuerza magnética y sus propiedades. Consecuencias de la fuerza magnética. Fuerza entre corrientes. Espectrómetros de masas. Líneas de campo, flujo magnético. Fuentes de campo magnético. Campo magnético de una carga en movimiento, ley de Biot Savart. Ley de Ampere. Bobinas. Ley de Gauss del magnetismo. 4. ELECTRODINÁMICA Corriente de desplazamiento y ley de Ampere - Maxwell. Ley de Lenz y ley de Faraday. Inductancia, energía magnética Ecuaciones de Maxwell. 5. CORRIENTE ELÉCTRICA ALTERNA Fuentes AC. Corriente AC. Valor eficaz. Comportamiento de resistencias. Transformador ideal Condensadores e inductancias en régimen AC. Potencia en un circuito AC. Resonancia en circuitos AC. Circuito RLC.

5 9. METODOLOGÍA Un estudiante de la Escuela Colombiana de Ingeniería ha de adquirir desde su inicio una disciplina en su formación académica, con alta capacidad de raciocinio y constante empeño por su superación y excelencia académica y de formación profesional. La base fundamental para el desarrollo de la asignatura tanto en su comprensión como en su aprendizaje es la clase magistral, con el apoyo de las herramientas tecnológicas audiovisuales, en la medida en que éstas sean necesarias y la participación activa del estudiante en el tema, reforzando de esta manera su conocimiento. Se aplicarán talleres de problemas temáticos que le permitan al estudiante aplicar los conceptos estudiados previamente, así como adquirir destrezas y alta capacidad de raciocinio. Siendo la asignatura teórico-práctica, se desarrollarán prácticas de laboratorio, que le permitan al estudiante adquirir experiencia en el manejo de instrumentos de medición, toma de datos y análisis de los mismos así como aplicar y afianzar los conocimientos adquiridos y desarrollar habilidades de pensamiento, que le faciliten enfrentar problemas reales y lo estimulen en su formación técnica y científica. El apoyo permanente de los profesores, les permite aclarar dudas y superar las dificultades presentadas en su aprendizaje y recibir las recomendaciones necesarias para su posterior superación. Se propone realizar las siguientes actividades para con los estudiantes: CLASE TEÓRICA: Exposición de conceptos, realización de experimentos demostrativos en el aula de clase, presentación de videos y simulaciones en computador. TALLERES: Resolución de ejercicios en clase así como explicación y aclaración de ejercicios resueltos como trabajo autónomo por el estudiante. Construcción de experimentos caseros por parte del estudiante. LECTURAS: Motivar al estudiante en los temas de la signatura con lecturas de interés. AMBIENTE VIRTUAL: Motivar al docente y al estudiante a usar las nuevas tecnologías de la información realizando talleres, simulaciones e informes empleando el ambiente virtual. 10. EVALUACIÓN La gestión universitaria en la Escuela Colombiana de ingeniería está enmarcada por la evaluación continua de sus actividades y de los resultados. Teniendo en cuenta que la evaluación del desempeño del estudiante es un proceso de valoración continua de la enseñanza aprendizaje acorde con los objetivos enmarcados en la asignatura, han de involucrarse evaluaciones temáticas permanentes, tanto de la parte conceptual como en sus aplicaciones, que le posibiliten la retroalimentación de su conocimiento; evaluaciones parciales que permitan valorar la superación en su proceso de aprendizaje y la evaluación general que permita valorar la superación de los objetivos; la valoración de talleres temáticos que le permiten aplicar su

6 conocimiento, además de la evaluación permanente de las prácticas experimentales que permitan valorar su capacidad de análisis, orientar y reajustar su capacidad de análisis y formación técnicocientífica. La asignatura será calificada de la siguiente manera: La calificación final de cada una de las asignaturas será el resultado de ponderar la calificación de la teoría con un peso del 80% y la del laboratorio con un peso del 20%, siempre y cuando se haya aprobado la teoría. En caso de reprobarse la teoría, la calificación final de la asignatura será la obtenida en la teoría. La calificación final, tanto de la teoría como de las prácticas de laboratorio, se calculará de acuerdo con el procedimiento descrito en el Reglamento Estudiantil vigente. 11. BIBLIOGRAFÍA Texto principal Sears & Zemansky. FÍSICA UNIVERSITARIA Vol II Décimo segunda edición, Editorial Perason Otras referencias para consultas Serway, Jewet. FÍSICA. Sexta edición. Editorial Thomson Gettys, Keller Skove. FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA Segunda edición. Editorial Mc Graw Hill.. Paul G Hewitt, FÍSICA CONCEPTUAL 10 edición. Editorial Pearson Paul Tipler. FÍSICA Tomos 1 y 2, Editorial Reverte. Alonso, Finn. FÍSICA Vol 1 y 2, Editorial Addison Wesley Richard Feynman. FÍSICA Tomos 1 y 2. Editorial Addison Wesley 12. VIGENCIA Y MODIFICACIONES Contenidos vigentes desde: 15/08/2009 Contenidos vigentes hasta: Nueva actualización Última fecha de actualización: 01/09/2008 Penúltima fecha de actualización: 19/04/2004