UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA PLAN GLOBAL FÍSICA BÁSICA III I. DATOS DE IDENTIFICACIÓN Nombre de la materia: Física Básica III Código: 2006020 Grupo: 8 Carga horaria: 6 horas semana Materias con las que se relaciona: Cálculo I, Cáculo II, Ecuaciones Diferenciales. Docente: Teléfono: Correo Electrónico: II. JUSTIFICACIÓN La teoría electromagnética cierra históricamente la formulación clásica de la física en la segunda mitad del siglo XIX. En ella se describe el marco teórico conceptual que permite la generación, almacenamiento y distribución de la energía eléctrica tanto a pequeña escala (corriente directa) como a gran escala (corriente alterna) forma energética sin la cual es imposible imaginar el funcionamiento del mundo actual. El producto final de esta teoría el descubrimiento de las ondas electromagnéticas, impactó en el desarrollo de la tecnología en redes de comunicación multiuso. III. OBJETIVOS Describir los fenómenos físicos relacionados con la electricidad y magnetismo en forma intuitiva y utilizando el cálculo diferencial e integral. Aplicar las leyes electromagnéticas, para explicar el funcionamiento de varios dispositivos eléctricos y electrónicos usados en la actividad cotidiana. Formular y resolver problemas relacionados con la electricidad y magnetismo, usando las fórmulas desarrolladas en la materia. 1
IV. SELECCIÓN Y ORGANIZACIÓN DE CONTENIDOS UNIDAD 1: ELECTROSTÁTICA EN EL VACIO Al finalizar la unidad, el estudiante CACAPI será capaz de establecer el comportamiento de las cargas eléctricas en el vacío. 1.1 Estructura de la materia: Carga eléctrica. 1.2 Ley de Coulomb 1.3 Campo eléctrico: Distribución de carga discreta y continua. 1.4 Ley de Gauss. 1.5 Potencial electrostático: Distribución de carga discreta y continua. 1.6 Relación entre potencial y campo eléctrico. 1.7 Energía electrostática para una distribución de carga discreta y continua. 1.8 Dipolo eléctrico. 1.9 Problemas resueltos. 1.10 Aplicaciones: tubo de rayos catódicos. Precipitador electrostático. UNIDAD 2: ELECTROSTÁTICA EN LA MATERIA Objetivos de la Unidad Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de realizar la evaluación del campo eléctrico y calcular la capacitancia en dieléctricos. 2.1 Conductores y aisladores 2.2 Polarización. Campo externo de un dieléctrico. 2.3 Ley de Gauss en los dieléctricos. Desplazamiento eléctrico. 2.4 Susceptibilidad y constante dieléctrica. 2.5 Energía en presencia de los dieléctricos. 2.6 Capacidad eléctrica. 2.7 Cálculo de la capacitancia eléctrica. Placas planas, cilíndricas, esféricas y otras. 2.8 Descripción microscópica de los dieléctricos. 2.9 Problemas resueltos. 2.10 Aplicación. Tipo de condensadores y en aplicación UNIDAD 3: CORRIENTE ELECTRICA EN LOS CONDUCTORES Objetivos de la Unidad Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de definir y determinar la corriente eléctrica en los conductores. 3.1 Definición de corriente eléctrica 3.2 Densidad de corriente. Ecuación de la continuidad. 2
3.4 Modelo de Drude par los metales. 3.5 Cálculo de resistencias: Cilindro, cono truncado, y otros. 3.6 Leyes de Kirchhoff: Asociación serie-paralelo de resistencia y condensadores, circuito R.C. 3.7 Fuerza electromotriz. 3.8 Potencia eléctrica. 3.9 Problemas resueltos. 3.10 Aplicaciones: Consumo de energía en aparatos electrodomésticos, seguridad eléctrica. UNIDAD 4: CAMPO MAGNETICO EN EL VACIO Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de hallar el campo magnético mediante integración directa o mediate la aplicación de la Ley de Ampere. 4.1 Definición de campo magnético. Fuerza de Lorentz. 4.2 Fuerza sobre un conductor que lleva una corriente eléctrica, torque magnético. 4.3 Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético, efecto de may. 4.4 Ley de Biot-Savart: Alambre rectilíneo, anillo de corriente. 4.5 Ley circuital de Ampere. Alambre infinito solenoide. 4.6 Fuerza magnética entre dos alambres rectilíneos infinitos. 4.7 Dipolo magnético. 4.8 Flujo magnético: Ley de Gauss para el magnetismo. 4.9 Problemas resueltos. 4.10Aplicaciones: Espectrómetro de masas. UNIDAD 5: CAMPO MAGNETICO EN LA MATERIA Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de realizar la definición de magnetización, damagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo, Intensidad magnética y aplicar la ley de Ampere. 5.1 Definición de magnetización. 5.2 Corriente de magnetización. 5.3 Diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo. 5.4 Susceptibilidad y permeabilidad magnética. Histeresis. 5.5 Intensidad magnética H. 5.6 Energía magnética. 5.7 Ley de Ampere para el campo H. 5.8 Condiciones de frontera para los campos B y H. 5.9 Problemas resueltos. 5.10 Aplicaciones: Imán, electroimán y el campo magnético de la tierra. 3
UNIDAD 6: INDUCCIÓN MAGNETICA Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de entender la Ley de Faraday, la Ley de Lenz. El estudiante podra resolver problemas de circuitos de corriente continua RL, LC, RLC. 6.1 Ley de Farday. 6.2 Fuerza electromotriz de movimiento (f.e.m.). 6.3 Ley de Lenz. 6.4 f.e.m. inducida y campo eléctrico. 6.5 Auto inducción. 6.6 Inductancia mutua. 6.7 Energía en campo magnético. 6.8 Circuitos de corriente continua RL, LC, RLC. 6.9 Problemas resueltos. 6.10 Aplicaciones: Generadores y motores eléctricos. UNIDAD 7: CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de determinar fuentes de corriente alterna, resistencia, condensadores, inductores. El estudiante pordra resolver problemas relacionados con circuito RLC, potencia y resonancia en circuitos de corriente alterna. 7.1 Fuentes de corriente alterna y representación vectorial. 7.2 Resistencia en un circuito de corriente alterna. 7.3 Inductor en un circuito de corriente alterna. 7.4 Condensador en un circuito de corriente alterna. 7.5 Circuito RLC en serie en un circuito de corriente alterna. 7.6 Potencia en un circuito de corriente alterna. 7.7 Resonancia de un circuito RLC en serie. 7.8 Problemas resueltos. 7.9 Aplicaciones: El transformador y la transmisión de potencia. 4
UNIDAD 8: ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de establecer la generalización de la ley de Ampere, determinar las ecuaciones de Maxwell Ondas, ondas planas, polarización, energía transportada en ondas, vector de Poynting y Ondas electromagnéticas por una antena 8.1 Corriente de desplazamiento: Generalización de la ley de Ampere. 8.2 Ecuaciones de Maxwell. 8.3 Ondas electromagnéticas: Ondas planas. 8.4 Polarización. 8.5 Energía transportada por las ondas electromagnéticas. Vector poyting. 8.6 Radiación generada por una lámina infinita de corriente. 8.7 Producción de ondas electromagnéticas por una antena. 8.8 Problemas resueltos. 8.9 Aplicaciones. El espacio de ondas electromagnéticas. 5
V. METODOLOGIAS Exposición dialogada Resolución de problemas dirigidos Resolución de problemas individuales VI. CRONOGRAMA O DURACIÓN EN PERIODOS ACADÉMICOS POR UNIDAD UNIDAD DURACIÓN (HORAS ACADEMICAS) DURACIÓN EN SEMANA ELECTROSTÁTICA EN EL VACIO 18 3 ELECTROSTÁTICA EN LA MATERIA 12 2 CORRIENTE ELECTRICA EN LOS CONDUCTORES 12 2 CAMPO MAGNETICO EN EL VACIO 12 2 CAMPO MAGNETICO EN LA MATERIA 12 2 INDUCCIÓN MAGNETICA 12 2 CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA 12 2 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS 12 2 6
VII. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Evaluación diagnóstica.- si Evaluación formativa.- si Evaluación sumativa.- si. Dos exámenes parciales, cada uno ponderado al 50% de la nota final Un examen final, ponderado al 100 % de la nota final. Un examen de segunda instancia, si la suma ponderada de los dos parciales es mayor o igual a 26 puntos, la nota de aprobación en el examen de segunda instancia es 51. VIII. BIBLIOGRAFÍA Texto base: 1. UTRERAS D., CONSTANTINO A. Electricidad y Magnetismo, Departamento de Física, Universidad de Chile. Julio 1999. 2. FERNÁNDEZ JAMBRINA J. L. Apuntes de Electricidad y Magnetismo. Escuela de Ingenieros de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid. 1994. 3. REITZ MILFORD. Electromagnetismo, Addison-Wesley, 1990 Bibliografía complementaria: 1. HALLIDAY, RESNICK, CRANE. Física CECSA.Tomo II 2. ALONSO,M.; FINN, E.J. "Física". Vol. 2. Addison-Wesley, Wilmington, 1995 3. SERWAY, R.A., "Física". 4ª Edición. Vol. 2, Ed. McGraw-Hill: México. 1997. 4. FEYNMANN R., LEIGHTON R. B. Y SANDS, M. "Física, Vol. II: Electromagnetismo", Addison-Wesley Iberoamericana, June 2000. 5. TIPLER, P.D. "Física". 3ª Edición. Vol. 2. Editorial Reverté, Barcelona, 2000 6. LANDAU L. D., LIFSHITZ E.M. "ELECTROMAGNETISMO". Vol. 2 del Curso de Física Teórica. Ed. Reverté. Barcelona 1986. -----oo0oo----- 7