H. 1/6. Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica. Asignatura: FÍSICA II.

Transcripción

1 H. 1/6 Carga Horaria: Objetivos: Teoría Laboratorio Problemas Problemas Proyecto y Tipo/Rutinarios Abiertos Diseño Total Brindar al estudiante herramientas teórico-prácticas que le permitan desarrollar capacidades relacionadas con el conocimiento y el manejo del formalismo asociado a la descripción de los fenómenos electromagnéticos y el trabajo con circuitos eléctricos básicos. Fortalecer las capacidades desarrolladas con relación a las técnicas de mediciones y metodologías de trabajo propias de un laboratorio de física. Campo electrostático. Problemas de potencial. Sistemas de Conductores de Equilibrio. Corriente eléctrica. Circuitos de corriente continua. Mediciones eléctricas e instrumentos. Leyes de Ampere, Biot -Savart, Faraday y Ampere -Maxwell. Ecuaciones de Maxwell. Medios materiales. Circuitos de corriente variables con el tiempo. Contenidos Mínimos:

2 H. 2/6 Programa Analítico: 1 - CARGA ELÉCTRICA. FUERZA ELECTROSTÁTICA. Electromagnetismo. Introducción. Electrostática. Carga eléctrica. Tipos. Inducción electrostática. Atracción y repulsión. Ley de Coulomb. Unidades. Expresión vectorial de la Ley de Coulomb. Aplicación a varias cargas puntuales. Cargas distribuidas. Distribución lineal, superficial y cúbica. Conductores y aisladores. Cuantificación de la carga. Conservación de la carga. 2 - CAMPO ELÉCTRICO: Intensidad del campo eléctrico. Unidades. Campo vectorial. Intensidad del campo eléctrico para una carga puntual. Caso de cargas positivas y negativas. Intensidad del campo eléctrico para cargas uniformemente distribuidas. Líneas de fuerza del campo eléctrico. Cálculo de la intensidad del campo eléctrico a partir de las líneas de fuerza. Cálculo de la distribución de líneas de fuerza en función de las cargas. Casos de una carga puntual, dos cargas puntuales, cargas uniformemente distribuidas en forma lineal, superficial y cúbica. Movimiento de cargas puntuales en campos eléctricos (uniformes, radialmente variable). Dipolo, campo de un dipolo. Momento dipolar eléctrico. Energía potencial eléctrica del dipolo. Dipolo de un campo no uniforme. 3 - LEY DE GAUSS: Flujo del campo eléctrico. Unidades. Flujos positivos, negativos y nulos. Flujo eléctrico en superficies cerradas. Ley de Gauss. Cálculo del flujo eléctrico y del campo eléctrico a partir de la Ley de Gauss y Ley de Coulomb. Aplicación de la Ley de Gauss a distribuciones lineales y superficiales y cúbicas de cargas. Campo en el interior y exterior de un conductor aislado. Campo en el interior y exterior de un no conductor aislado. 4 - PROBLEMAS DE POTENCIAL - POTENCIAL ELECTROESTÁTICO: Potencial eléctrico. Diferencia de potencial eléctrico. Unidades. Potencial e intensidad de campo eléctrico. Potencial debido a varias cargas puntuales. Potencial debido a una distribución de cargas. Potencial de un dipolo. Superficies equipotenciales. Relación entre las superficies equipotenciales y las líneas del campo eléctrico. Energía potencial eléctrica. Gradiente de potencial. Cálculo del campo eléctrico a partir de la diferencia potencial. Potencial eléctrico en el interior y exterior de un conductor aislado. 5 - CORRIENTE ELÉCTRICA: CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA. MEDICIONES ELÉCTRICAS E INSTRUMENTOS. Electrodinámica. Fenómenos característicos. Conductores eléctricos. Distintos tipos. Sólidos. Líquidos. Gaseosos. Intensidad de la corriente eléctrica. Densidad de corriente. Relación entre la diferencia de potencial y la intensidad de la corriente. Ley de Ohm. Resistencia. Resistividad. Conductividad. Comportamiento atómico. Teoría cinética de la corriente eléctrica. Influencia de la temperatura en la resistividad. Resistencias lineales y no lineales. Cálculo de la resistencia de un conductor. Asociación de resistencias en Serie. Paralelo. Mixta. Puente. Energía y potencia en un resistor. Ley de Joule. Intercambio de energía en un circuito eléctrico. Generadores de fuerza electromotriz. Potencial de contacto. Pila eléctrica. Fuerza electromotriz y diferencia de potencial. Circuitos en corriente continua. Mallas. Nudos. Ramas. Leyes de Kirchoff. Resolución de circuitos. Puente hilo. Puente Wheatstone. Potenciómetro. Alcance de instrumentos de corriente continua. Voltímetros. Amperímetros. Galvanómetros. Ohmetro. Shunt. Multiplicadores.

3 H. 3/6 Programa Analítico: 6 - SISTEMAS DE CONDUCTORES DE EQUILIBRIO. CAPACIDAD ELÉCTRICA: Capacidad eléctrica. Capacidad de un conductor aislado. Capacitancia. Unidades. Submúltiplos. Condensador. Tipos.Plano Esférico. Cilíndrico. Cálculo de capacidades. Asociación de capacitores serie, paralelo y mixta. Capacidad equivalente. Distribución de carga y voltaje en cada capacitor. Energía en un capacitor. Constante dieléctrica relativa. Modelo microscópico de la materia. Ley de Gauss en dieléctricos. Polarización eléctrica. Relación entre los tres vectores eléctricos. D.E.P. Suceptibilidad eléctrica. Circuitos RC con tensión constante. Corriente de carga y descarga. Gráficos. Constante de tiempo capacitiva. 7 - CAMPO MAGNÉTICO: LEYES DE AMPERE, BIOT-SAVART. El campo magnético. Características. Inducción magnética. Líneas de fuerza. Flujo magnético. Creación del campo magnético creado por una corriente eléctrica. Circulación del vector inducción magnética. Ley de Ampere. Ley de Biot Savart Laplace. Campo magnético de un conductor rectilíneo, finito o infinito. Aplicaciones al solenoide. Toroide. Campo magnético de una espira circular. 8 - FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA: Fuerza sobre una carga en movimiento en un cuerpo magnético. Fuerza sobre un conductor. Casos de conductores paralelos. Fuerza de Lorentz. Efecto Hall. Carga aislada en un campo magnético uniforme. Espira en un campo magnético uniforme. Cupla sobre la espira. Energía potencial de la espira. Principio del generador y motor de corriente eléctrica. Estructura de un galvanómetro de cuadro móvil. Determinación de la relación q/mm. Ciclotrón. 9 - FENÓMENOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA: LEY DE FARADAY. ECUACIONES DE MAXWELL Experiencia de Faraday. Ley de Faraday. Ley de Lens. Análisis cuantitativo y cualitativo de la Fem. inducida. Generadores de tensión variable. Campos magnéticos variables en el tiempo.- Fenómenos de auto y mutua inducción. Coeficiente de autoinducción. Unidades. Cálculo de inductancias para un solenoide y para un toroide. Conexión de inductancias en serie y en paralelo.- Energía de un inductor. Densidad de energía en el campo magnético.- Corriente alterna. Generación de fem alterna. Características. Calculo de corriente en circuitos resistivos, inductivos y capacitivos. Circuito RL con tensión constante. Corriente de carga y descarga. Planteo de la ecuación diferencial de tensiones. Calculo de la corriente en función del tiempo. Constante de tiempo inductiva. Análisis de circuito RLC. Ley de Ampere Maxwell. Corriente de desplazamiento. Ecuaciones de Maxwell. Energía electromagnética 10 - PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA: Polos y Dipolos magnéticos. Materiales paramagnéticos. Diamagnéticos. Ferromagnéticos. Permeabilidad relativa. Modelos microscópicos de la materia. Polarización magnética. Relación entre los tres vectores magnéticos B H M. Suceptibilidad magnética. Ciclo de Histéresis. Circuitos magnéticos. Imanes.

4 H. 4/6 Descripción de las actividades teóricas y prácticas: Se buscará el conocimiento del formalismo y el formulismo básico del área de la física, sin descuidar aspectos relacionados con los procedimientos resolutivos sobre situaciones problemáticas, que introducirán al estudiante en áreas técnicas que posteriormente deberá reconocer y aplicar en otros espacios dentro de las asignaturas tecnológicas básicas y aplicadas. En las clases teóricas se darán explicaciones de todos los aspectos conceptuales y procedimentales de los temas detallados en el programa analítico de la asignatura. Se resolverán situaciones problemáticas (que involucran tanto ejercicios de aplicación como problemas rutinarios) que abarquen conocimientos relacionados a fenómenos electrostáticos, electrodinámicos, magnéticos, electromagnéticos. Se involucrará el análisis dimensional en la resolución de problemas, se experimentarán los fenómenos y explicarán los mismos. Se desarrollarán durante el dictado de la asignatura nueve trabajos prácticos de ejercicios y cuatro trabajos experimentales de laboratorio de acuerdo al siguiente detalle: Ejercicios: 1- Fuerza electrostática, 2- Campo Eléctrico, 3- Ley de Gauss, 4- Potencial Electrostático, 5- Capacidad Eléctrica, 6- Corriente Eléctrica, 7- Fuerza Magnética sobre Cargas y Corrientes, 8- Inducción Magnética, 9- Ley de Faraday. Laboratorio: 1- Verificar fenómenos electrostáticos. 2- Verificar la ley de Ohm. Determinar la resistencia y resistividad de un conductor. 3- Comprobar experimentalmente la ley de Ohm. 4- Carga y Descarga de un circuito RC. 5- Determinar el campo magnético terrestre. 6- Leyes de Kirchhoff medición de voltajes y corrientes. 7- Movimiento de cargas en campos eléctricos. 8- Experiencia Demostrativa Ley de Faraday Lens Fuerza sobre un conductor que lleva corriente. La asistencia a las clases prácticas de laboratorio es obligatoria, los estudiantes deben alcanzar un 100% de presentismo* y la presentación de las respectivas carpetas con la ejercitación resuelta y los informes de las experiencias de laboratorio para promocionar la materia, además de haber aprobado los dos parciales teóricoprácticos. *Se prevén instancias de recuperación para inasistencias justificadas de estudiantes a alguno de los prácticos de laboratorios.

5 H. 5/6 Metodología de Enseñanza: El desarrollo de los contenidos conceptuales y procedimentales se dictarán en forma de seminario, donde se volcarán los mismos, con la posibilidad de brindar a los estudiantes instancias para interactuar en forma permanente, hacer las consultas pertinentes, y buscar su participación directa, al fin de afianzar dicha enseñanza, y lograr una dinámica participativa. En los desarrollos teóricos se hace mención especial al significado de los contenidos desarrollados y se busca la integración de los mismos. En todos los temas teóricos se presentan aplicaciones tecnológicas de áreas específicas vinculadas con fenómenos electromagnéticos. En las clases prácticas y de laboratorios los estudiantes cuentan con guías de prácticos, formados por ejercicios que están divididos en tres grupos, los rutirnarios, los de aplicación práctica y los de aplicación teórica. Estas actividades se pueden resolver con los aspectos conceptuales y procedimentales desarrollados en las clases teóricas. Además de estas instancias de resolución de la actividad práctica se fijan espacios especiales para aclarar y contestar dudas. Las actividades de laboratorio se completarán con la confección de un informe para cada uno, cuyas consignas figuran en las guías respectivas. Forma de Evaluación: La evaluación será sumativa y formativa. La sumativa servirá para saber cuánto aprendieron y la formativa, qué aprendieron los estudiantes, instancias que permite además reorganizar propuestas y mejorar las secuencias de los contenidos. Como instrumentos de evaluación se utilizarán los trabajos prácticos y la realización de experiencias de laboratorio evaluados a través de sus respectivos informes y la realización de dos exámenes de promoción, donde se incluirán aspectos conceptuales y procedimentales de los desarrollos teóricos, prácticos y experimentales. La resolución de los exámenes de promoción llevará evaluación numérica en la escala de 1 a 10. La resolución adecuada de aspectos prácticos solamente conformará la regularización de la asignatura calificándose como aprobada o no. Los estudiantes que no promocionen tendrán la opción a través de exámenes finales de aprobar la asignatura tanto aquellos que han regularizado como no regularizado. En todo instante la evaluación es un espacio más de aprendizaje para los estudiantes donde estos pueden ponderar los logros que han alcanzado durante el cursado, verificar la incorporación de contenidos conceptuales y procedimentales que le permitan transitar sin problemas las materias subsiguientes que usan los conceptos de esta asignatura.

6 H. 6/6 Bibliografía: 1- RESNICK, HALLIDAY, KRANE. Física, Tomo II, 5ª Ed. México. CECSA, SEARS ZEMANSKY Física Universitaria. 12º Ed. Editorial Pearson Prentice-Hall, ALONSO FINN Física Campos y Ondas Volumen II Editorial: Fondo Educativo Interamericano, TIPLER PAUL A. MOSCA G., FISICA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA 6º Ed. REVERTE, SERWAY, R.A., FAUGHN, Jerry S. Física. 5a. Ed. México, Pearson education, VIGENCIA DE ESTE PROGRAMA AÑO PROFESOR RESPONSABLE FIRMA 2012 BONGIANINO, Rubén Horacio VISADO JEFE DEPARTAMENTO SECRETARIO ACADÉMICO DECANO