UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

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1 1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA PROGRAMA ANALÍTICO FIME Nombre de la unidad de aprendizaje: Frecuencia semanal: 2 hrs. Horas presenciales: 28 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 0 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( X ) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 4 incluyendo la clase Fecha de elaboración: 28/10/11 Fecha de la última actualización: 31/01/12 Responsables del diseño: M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa Presentación: Una gran parte de los fenómenos físicos que tenemos a nuestro alrededor, son de origen electromagnético. La aplicación de las leyes del electromagnetismo ha permitido a la humanidad el desarrollo de gran cantidad de tecnologías industriales. De aquí la importancia de que el futuro ingeniero desarrolle una visión lo más completa posible del electromagnético, que se imparte en este Laboratorio, el se apoya en anteriores y a la vez sirve de base en las especialidades en la que está incluida. La intención metodológica es desarrollar en forma paralela el estudio del campo eléctrico y del campo magnético, para que el estudiante se forme una visión integral de estos fenómenos y destaque la relación entre ellos. Esta unidad de aprendizaje se divide en tres etapas en las cuales en la primera etapa se trata del campo estático tanto

2 magnético como eléctrico en la segunda se trata el campo eléctrico variable en el tiempo y en la tercera etapa el campo magnético variable en el tiempo y la relación con el anterior. 2 Propósito: Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad preparar al estudiante en esta rama de la física realizando diferentes experimentos utilizando el Método Científico Experimental para que adquiera conocimientos y habilidades en la solución de problemas, equipos de medición, trabajo en equipo y utilización de la comunicación oral y escrita. Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: Competencias instrumentales: Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional. Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad. Elabora propuestas académicas y profesionales inter, multi y transdisciplinarias de acuerdo a las mejores prácticas mundiales para fomentar y consolidar el trabajo colaborativo. Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos.

3 Competencias personales y de interacción social UANL - FIME 3 Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible. Competencias integradoras Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de decisiones. b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje: Aplicar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas con experimentos medibles y el método científico.

4 Representación gráfica Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional Aplicar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell UANL - FIME 4 Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico Formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios Instrumentales Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad Aplicar las leyes del electromagnetismo, con experimentos medibles y el método científico Elabora propuestas académicas y profesionales inter, multi y transdisciplinarias de acuerdo a las mejores prácticas mundiales para fomentar y consolidar el trabajo colaborativo Aplicar las leyes del electromagnetismo, conel método científico Competencias de la Unidad de Aprendizaje Personales y de Interacción Social Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos Aplicar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de con el método científico Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible Integradoras Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de decisiones Aplicar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas

5 Unidad temática 1: Campos Eléctrico y Magnético Estáticos. Competencias particulares: Analizar las características fundamentales cualitativas y cuantitativas de los campos electromagnéticos constantes en el tiempo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas en situaciones de geometría sencilla y alta simetría. 5 Elementos de Competencia Determinar el uso adecuado del Multímetro apoyado en el instructivo del laboratorio, en el del aparato y guía del maestro para la medición de cantidades eléctricas Identificar los diferentes tipos de señales en Osciloscopio apoyado en el instructivo del laboratorio, en el del aparato y guía del maestro para la medición de cantidades eléctricas. Evidencias de aprendizaje Practica Nº 1 Uso del Multímetro Practica Nº 2 Uso del osciloscopio Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Reporte Portada Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Se medirá con el Multímetro las cantidades eléctricas básicas, corriente, voltaje y resistencia en las fuentes de voltaje y los circuitos del laboratorio Observara y medirá en el osciloscopio la variación de señales diversas de voltaje provenientes del generador de funciones Campo eléctrico medido como energía (voltaje) Carga en movimiento ((corriente eléctrica) y resistencia Campo eléctrico (voltaje) Aula, manual de laboratorio, material de laboratorio.

6 Elementos de Competencia Evidencias de aprendizaje UANL - FIME Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 6 Identificar el efecto de un campo eléctrico con el generador de Van de Graff para verificar la ley de coulomb. Identificar la forma del campo magnético con un alambre conductor para comprobar experimentalmente la ley de Amper Practica Nº 3 Efecto eléctrico y magnético Practica Nº 4 La ley de Amper Reporte Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Se pondrá a funcionar el generador y se observara el fenómeno que lo se presenta en la esfera de descarga, se retirara la esfera de descarga y se dejara que se vuelva a cargar el generador, al acercarse el electroscopio Se utilizara una fuente de corriente dual para alimentar un alambre recto, se proporcionara una brújula para que a través del Angulo de desviación de la misma se pueda calcular el cambio magnético, ya sea del conductor o el de la tierra Carga eléctrica Diferencia de potencial Potencial eléctrico Tipos de ondas Aplicación de la ley de Amper para calcular B en un conductor Aula, manual de laboratorio, material de laboratorio.

7 7 Elementos de Competencia Distinguir la resistividad de un material conductor utilizando una muestra del mismo material en forma de conductor cilíndrico para diseñar resistores Evidencias de aprendizaje Practica Nº 5 Estudio de las características resistivas de los conductores Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Reporte Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Se colocará el conductor del material en un bastidor con regla para medir longitud, se medirá la resistencia con el multimetro de una muestra y se calculara la resistividad con una formula Resistividad de los materiales Aula, manual de laboratorio, material de laboratorio.

8 Unidad temática 2: Conducción eléctrica en metales. Competencias particulares: Analizar las características fundamentales de la conducción eléctrica en los metales a partir del modelo electrónico clásico, explicando las causas de la resistencia eléctrica y su dependencia con la temperatura, así como las diferencias entre aislantes y conductores, formulando y aplicando la Ley de Ohm, Ley de Joule y Ley de Kirchhoff en circuitos resistivos de corriente directa y con presencia de capacitores en serie con no más de dos mallas independientes para hacer cálculos de parámetros en algún sistema eléctrico. 8 Elementos de Competencia Aplicar las leyes de Kirchhoff con un circuito de resistores y fuentes de voltaje para obtener las intensidades de corriente y las diferencias de potencial del mismo.(del circuito) Identificar la constante de tiempo capacitivo del circuito RC con la ecuación del circuito para compararla con la señal en el osciloscopio Evidencias de aprendizaje Practica Nº 6 las leyes de Kirchhoff Practica Nº 7 El circuito RC Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Reporte Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía calculará las corrientes de un circuito ya implementado en el laboratorio Utilizando las leyes de Kirchhoff observará la respuesta de un circuito RC a una señal de voltaje directo para calcular la constante de tiempo capacitiva Las leyes de Kirchhoff El circuito RC y la constante de tiempo capacitiva Aula, manual de laboratorio, material de laboratorio. Unidad temática 3: Campo electromagnético y ondas electromagnéticas Competencias particulares:

9 Aplicar las leyes de Faraday-Lenz y Ampere generalizada con sus modelos matemáticos para la descripción de la inducción electromagnética en circuitos con inductores, capacitores y resistores. 9 Elementos de Competencia Aplicar la ley de inducción de Faraday con un prototipo de transformador para calcular el voltaje inducido en el devanado secundario del mismo. Evidencias de aprendizaje Practica Nº 8 La ley de Faraday Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Reporte Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Calcular el voltaje que se debe obtener en el enrollado secundario. A partir de este valor de voltaje, del valor del voltaje en el primario (12 V) y del número de vueltas en el primario, se debe calcular el número de vueltas que necesitará en el enrollado secundario para obtener el voltaje deseado. Se realizara el cálculo utilizando las expresiones obtenidas a partir de la aplicación de la Ley de Faraday - Lenz. La ley de inducción de Faraday Aula, manual de laboratorio, material de laboratorio. Determinar la longitud de onda y la frecuencia de una microonda, utilizando el método de la onda estacionaria para compararla con los datos nominales del fabricante Practica Nº 9 Ondas electromagnéticas Para medir la longitud de la microonda se empleará el método de la onda estacionaria, Como se conoce cuando la onda se refleja y se superpone con la incidente se forma una onda estacionaria en la cual hay regiones de máxima intensidad y regiones de intensidad casi cero, llamadas nodos. En este caso se formará una onda estacionaria entre el emisor y el receptor de la microonda. Ondas electromagnét icas Amplitud Frecuencia Longitud de onda

10 10 Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Evidencia 1 Reporte Uso del multímetro 10 % Evidencia 2 Reporte Uso del Osciloscopio 10 % Evidencia 3 Reporte El efecto eléctrico y el efecto magnético 10 % Evidencia 4 Reporte Estudio de las características resistivas de los conductores 10 % Evidencia 5 Reporte Ley de Ampere 10% Evidencia 6 Reporte Leyes de Kirchhoff 10% Evidencia 7 Reporte Estudio del circuito RC 10 % Evidencia 8 Reporte Ley de Faraday 10 % Evidencia 9 Reporte Ondas Electromagnéticas 10% Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 10 % Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará un portafolio de evidencias el cual consistirá en la recopilación de todos los reportes de las prácticas realizadas durante el semestre, agregando una reflexión sobre el aprendizaje en cada una de las prácticas. Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Física Universitaria Volumen II Autor: Sears. Semansky. Young. Freedman Editorial: Pearson,Addison-Wesley-Longman, 1999

11 11 Libro: Física Autor: Raymond A. Serway (Tomo II) Cuarta Edición Editorial: Mc. Graw Hill, Junio 1999 Libro: Autor: Editorial: Física para la Ciencia y la Tecnología 6ta Ed, VolI Tipler, Paul; Mosca, Gene Reverté Libro: Experimentación Una introducción a la Teoría de Mediciones y al Diseño de Experimentos Segunda Edición Autor: D.C. BAIRD Editorial: Prentice Hall, 1991 Libro: Método e hipótesis científicos Autor: Ji. López Cano Editorial: Trillas, Nov Libro: El Método científico aplicado a las ciencias experimentales Autor: H.G. Riveros, L. Rosas Editorial: Trillas, Ag 1991 Libro: Autor: Editorial: El Método experimental para participantes F. Arana Joaquín Mortiz, En.1990

12 12 Libro: Six Ideas that Shaped Physics (Second Edition) Autor: Tomas A. More Editorial: Mc. Graw Hill, 2003 Libro: Fudamentos de Física Autor: Holliday, Resnick Walker Volúmen 1 Editorial: CECSA, sexta edición, México 2002 o Tema: campo magnético de una corriente rectilínea Liga: Fecha última revisión: 4 dic Revista: Revista mexicana de física Año: 2008 # de revista: 54 n.2 Mes: Diciembre Nombre del artículo: Mathematics motivated by physics: the electrostatic potential is the Coulomb integral transform of the electric charge density Autor: Perfil del docente: Maestría en Ciencias afines al área de Física, ingeniería o su enseñanza. Amplio conocimiento de los temas tratados en el curso sobre todo con aplicaciones en ingeniería. Preparación didáctica adecuada para impartir un curso centrado en el aprendizaje y basado en competencias.

13 Ficha bibliográfica del profesor: UANL - FIME 13 M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa profesor egresado de la carrera de Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones, cuenta con la Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Electrónica por parte de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Tecnólogo especialista en Mecatrónica por parte del CIDET de Querétaro, actualmente es el Jefe de Academia de Física II y su Laboratorio JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO COORDINACIÓN DE LA DIVISIÓN SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS