1 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS F AC UL T AD D E I N G E NI E R Í A SYLLABUS NOMBRE DEL DOCENTE: ESPACIO ACADÉMICO: FÍSICA II FACULTAD DE INGENIERÍA Obligatorio ( X ) : Básico ( X ) Complementario ( ) Electivo ( ) : Intrínsecas ( ) Extrínsecas ( ) NUMERO DE ESTUDIANTES: CÓDIGO: 13 GRUPO: NÚMERO DE CRÉDITOS: 3 TIPO DE CURSO: TEÓRICO PRACTICO TEO-PRAC: X Alternativas metodológicas: Clase Magistral ( X ), Seminario ( ), Seminario Taller ( ), Taller ( X ), Prácticas ( X ), Proyectos tutoriados ( ), Otro: _ HORARIO: DÍA HORAS SALÓN I. JUSTIFICACIÓN DEL ESPACIO ACADÉMICO La asignatura se encuentra inscrita en el componente de formación de las ciencias básicas definidas para las ingenierías, según decreto 792 de 2001. La física del Electromagnetismo Provee los fundamentos de las aplicaciones tecnológicas de la Ingeniería Electrónica y Eléctrica. Todas las leyes de esta fenomenología física gobiernan el comportamiento de los circuitos eléctricos y los respectivos componentes de dichos circuitos con base en los cuales se construyen las aplicaciones prácticas de estas ingenierías. Igualmente fundamentan
2 aplicaciones para generación y recepción de ondas electromagnéticas que dan origen a todos los sistemas modernos de comunicación. En consecuencia esta física es la base del edificio sobre la cual se construyen gran parte de las soluciones de ingeniería eléctrica y electrónica. Las leyes de Maxwell gobiernan la fenomenología electromagnética clásica es decir aquellos fenómenos donde la causalidad se mantiene y también fundamentan los fenómenos cuánticos electromagnéticos. Estas leyes se cubren en buena medida a lo largo del curso de Física 2. II. OBJETIVO GENERAL Comprender y utilizar los conceptos fundamentales de los fenómenos electromagnéticos, basados en las leyes de Maxwell y de sus codescubridores : Coulomb,Gauss, Ampere, Faraday. De tal modo que su aplicación práctica en sistemas eléctricos y electrónicos sea fluida, tanto en el propio curso de Física 2 como en todos los demás cursos de la carrera que hacen uso de estos fundamentos. III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Comprender el concepto de vector y utilizarlo en la expresión de las leyes del electromagnetismo 2. Asimilar el concepto de Campo Eléctrico Estacionario y No Estacionario 3. Asimilar el Concepto de Potencial Eléctrico 4. Con base en los conceptos anteriores aprender a hallar los Campos Eléctricos y Potenciales eléctricos generados por diversas distribuciones de carga eléctrica 5. Asimilar el comportamiento de los materiales conductores y No conductores con distribuciones de carga estacionarias 6. Asimilar el concepto de Capacitancia 7. Introducir la comprensión de los Campos Eléctricos en la materia 8. Asimilar los conceptos de corrientes estacionarias y elementos de circuito y circuitos eléctricos introduciendo la Ley de Ohm y Kirchhoff 9. Asimilar el concepto de Campo Magnético y su conexión con las corrientes gobernada por la Ley de Ampere y la ley de Biot-Savart 10. Asimilar el Concepto de AutoInductancia e Inductancia Mutua a través de la Ley de Faraday 11. Introducir la comprensión de los campos magnéticos en la Materia 12. Resumir la fenomenología a través de las Leyes de Maxwell 13. Establecer como el fenómeno de Ondas electromagnéticas es una solución de las ecuaciones de Maxwell
3 IV. COMPETENCIAS DE FORMACIÓN: General: Se espera que a través del curso el estudiante adquiera el fundamento de las aplicaciones prácticas eléctricas y electrónicas manipulando fluidamente las expresiones escalares y vectoriales que se expresan en las leyes de Maxwell y sus codescubridores,creando la base para el desarrollo de habilidades instrumentales que le permitan identificar, plantear y resolver problemas que se presentan en su vida cotidiana y en el entorno profesional. Específicas: Al finalizar el curso el estudiante: 1. Manipula y comprende los conceptos de: a. Campo Eléctrico b. Potencial Eléctrico c. Capacitancia d. Campos Eléctricos en la Materia e. Circuitos Eléctricos y sus leyes de comportamiento f. Campo Magnético g. Fuerza Electromotriz fem h. Inductancia i. Campos Magnéticos en la Materia 2. Sabe expresar matemáticamente el comportamiento de los fenómenos electromagnéticos 3. Comprende y manipula las leyes que gobiernan los Circuitos Eléctricos en general 4. Comprende el significado de técnicas matemáticas del Cálculo de Múltiples Variables Vectorial sin recurrir a todas las técnicas detalladas que estudiará en cursos de cálculo posteriores. V. PROGRAMA SINTETICO I. Ley de Coulomb Unidades Temáticas 1. El concepto de Carga Eléctrica 2. Uso de Vectores en la ley física 3. Expresión de la Ley de Coulomb vectorialmente (Analogía Gravitacional)
4 4. Principio de Superposición 5. Aplicaciones a distribuciones de cargas puntuales II. Concepto de Campo Eléctrico Estacionario 1. Campos de Cargas Puntuales 2. Campos de distribuciones de cargas puntuales 3. Campos de distribuciones continuas III. Ley de Gauss 1. Vector área 2. Concepto de Flujo 3. Teorema de Gauss 4. Aplicaciones de la Ley de Gauss para hallar Campos Eléctricos 5. Relación Ley de Gauss y Ley de Coulomb IV. El concepto de Potencial Eléctrico 1. Definición 2. Potencial Eléctrico de Distribuciones de cargas puntuales 3. Potencial Eléctrico de Distribuciones de carga continuas V. Materiales Conductores 1. Propiedades de los Conductores 2. Concepto de Capacitancia 3. Aplicaciones 4. Campos Eléctricos y Potenciales en la Materia VI. Leyes de Circuitos 1. Concepto de Densidad de Corriente y Conductividad 2. Ley de Ohm 3. Leyes de Kirchhoff 4. Aplicaciones (circuitos RC) VII. Campos Magnéticos 1. Ley de Ampere 2. Ley de Biot Savart 3. Fuerzas Magnéticas 4. Aplicaciones 5. Ley de Faraday 6. Concepto de Inductancia 7. Campos Magnéticos en la Materia
5 8. Circuitos RL VIII. Leyes de Maxwell 1. Resumen fenomenología Electromagnética 2. Ondas electromagnéticas
6 VI. METODOLOGÍA PEDAGÓGICA Y DIDÁCTICA Cada tema expone los fundamentos teóricos estará y suficientes ejemplos de aplicación de manera que aclaren el por qué de los conceptos teóricos explicados. Se buscará una alta participación de los estudiantes a través de talleres individuales y grupales realizados en la clase y fuera de ella, los cuales tendrán relación directa con los temas teóricos tratados en el curso. De igual forma se realizan discusiones grupales en torno a problemas específicos realizando evaluaciones periódicas donde se sustentan grupalmente las soluciones con el fin de llevar el seguimiento constante sobre los progresos y dificultades en el proceso formativo del estudiante. Los estudiantes podrán disponer de espacios para asesoría por parte del profesor en los casos que así lo requieran. Horas Horas Horas Total Horas Créditos Lectivas/se Estud.te/sem Estud.te/sem m Tipo de TD TC TA (TD + TC) (TD + TC +TA) X 16 semanas Curso Asignatur a 4 2 3 6 9 144 3 Trabajo Directo (TD): Se desarrollará por parte del docente en clase presencial los contenidos mínimos del curso. Trabajo Colaborativo (TC): Se desarrollarán semanalmente 2 horas de Prácticas de laboratorio alrededor de las temáticas trabajadas en la semana. Se diseña por parte del estudiante una práctica final de laboratorio desarrollar. En este espacio se espera que el docente oriente a los estudiantes en cada una de las respectivas prácticas ejecutadas en grupos de trabajo de hasta 5 personas, resolviendo dudas, planteando inquietudes. Trabajo Autónomo (TA): El docente asignará temas específicos que complementarán el trabajo desarrollado en clase, el estudiante es responsable de esta actividad.
7 PARCELACION VII. RECURSOS Medios y Ayudas: El curso requiere de espacio físico (aula de clase); Recurso docente, recursos informáticos (página de referencia del libro, CD de ayuda del mismo, Recursos bibliográficos (revistas especializadas), retroproyector, videobeam, televisor, computadores (salas). Practicas especificas: Laboratorios sobre los diversos temas del curso visualizando y observando la realidad de los fenómenos físicos electromagnéticos. Se llevan a cabo entre 10 a 13 prácticas con sus respectivas guías en clase e impresas en su mayoría VIII. BIBLIOGRAFÍA TEXTOS GUÍAS Serway - Jewett, Física para Ciencias e Ingeniería, Vol II. Editorial Thomson, sexta edición. Sears-Zemansky, Física Universitaria,Vol II, Editorial Addison-Wesley, 12ª Edición TEXTOS COMPLEMENTARIOS R.P Feynman,Feynman Lectures on Physics, Vol 2 F.Purcell,Berkeley Physics Course, Vol 2,Editorial Reverté www.pse6.com DIRECCIONES DE INTERNET Physics Now Basado en Sitios web (Serway-Jewett) www.stewartcalculus.com ASPECTOS A EVALUAR DEL CURSO VI. EVALUACIÓN 1. Evaluación del desempeño docente 2. Evaluación de los aprendizajes de los estudiantes en sus dimensiones: individual/grupo, teórica/práctica, oral/escrita. 3. Autoevaluación Y Coevaluación del curso: de forma oral entre estudiantes y docente.
8 SESION TEMA A DESARROLLAR 1 y 2 U.I Concepto de Carga Eléctrica, Uso de vectores, Ley de Coulomb, Principio de Superposición, Aplicaciones. 3,4,5 U.2 Definición Campo E Carga puntual. Distribuciones de Carga Puntual, Continuas,Líneas de Campo E.. 6,7,8 U.3 Vector área. Concepto de flujo,teorema de Gauss, Aplicaciones, demostración Ley de Gauss ACTIVIDADES Ejercicios Sección 1.3: 3, 7, 10 Ejercicios sección 1.4: 15,21,31,33,34 Ejercicios sección 2.1: 4,8 Ejercicios sección 2.2: 10, 14 Ejercicios sección 2.3: 25,32 Ejercicios sección 2.2: 43,45 9,10,11,12,13 U.4 Definición Potencial Eléctrico, Potencial de Cargas Puntuales, Potencial de distribuciones continuas,sustentaciones de Ejercicios, Parcial 15,16,17 U.5 Propiedades Conductores, Concepto Capacitancia,Aplicaciones, Breve intro a Campos E en la Materia Ejercicios sección 3.3:19,23. Ejercicios sección 3.4: 39,41 Ejercicios sección 3.5 y3.6: 46,48 Ejercicios sección 4.2,4.3,4.4,4.5,4.6: 10,18,33,45,51 18,19,20,21,2 2 23,24,25,26,2 7,28,29 U.6 Conceptos Densidad de Corriente, Conductividad, Ley de Ohm, Leyes de Circuitos de Kirchhoff,Aplicaciones circuitos RC, Sustentación ejercicios, 2º Parcial U.7 Intro Campo Magnético Fuerza de Lorenz, Ley de Ampere,Ley de Biot Savart,Aplicaciones,Ley de Faraday Concepto de Auto Inductancia e Inductancia Mutua. Ejercicios sección 5.1: 3,5. Ejercicios sección 5.2,5.4,5.5: 24,31,51 Ejercicios sección 6.4: 36 Ejercicios sección 7.2,7.3,7.4,7.6: 13,21,33,49 Ejercicios sección 8.1: 3,6,10,13 Ejercicios sección 8.2,8.3,8.4,8.5,8.7: 18,21,31,35,38,43
9 Ejercicios sección 9.3-9.5: 4,17,21,33,35 Ejercicios sección 10.1-10.5: 12,25,34,45,48 30,31,32 U.8 Resumen Ecuaciones de Maxwell,Ecuaciones de Onda, Ondas Planas,Vector de Poynting Ejercicios sección 12.2-12-4: 8,13,26