Download electricidad y magnetismo - Armando Yance

FACULTAD DE EDUCACION
DEPARTAMENTO DE FISICA
INGENIERIA ELECTROMECANICA
PERIODO:
SABER O ASIGNATURA:
SEMESTRE:
PARA LAS FACULTADES:
ÁREA DE FORMACIÓN:
INTENSIDAD HORARIA SEMANAL:
CRÉDITOS ACADÉMICOS
HORAS
CODIGO
2-2008
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
III
INGENIERIAS y TECNOLOGIAS
CICLO BASICO
2
4
PRESENCIAL
32
TRABAJO TURORIADO:
32
APRENDIZAJE AUTÓNOMO : 64
17444002
DESCRIPCIÓN GENERAL
Los planes de estudio de muchas disciplinas profesionales, entre ellas las ingenierías,
contemplan una sólida formación en el área de física ya que su estudio permite el desarrollo
de destrezas, habilidades y competencias necesarias en el ejercicio profesional, tales como
la capacidad de análisis, el aprender a identificar y solucionar en forma autónoma ,
problemas de orden práctico, procedimentales o teóricos, y aplicar en cualquier
circustanscia un criterio científico en la toma de decisiones.
La física es la ciencia que se ocupa del estudio de todo lo que existe, el universo, la materia,
la energía. Así como la masa en la mecánica newtoniana es una propiedad fundamental, la
carga eléctrica es la base del electromagnetismo. La electricidad y el magnetismo son
aspectos diferentes de una sola interacción que no sólo explica la naturaleza de fuerzas
mecánicas como la fricción, sino también tiene importancia para determinar las leyes de la
química y comprender qué es la luz. Las aplicaciones de la teoría de Maxwell causaron
grandes revoluciones en la tecnología y las comunicaciones y, a través del trabajo de
Einstein, la teoría ha conducido ha una revisión fundamental de nuestros conceptos de
espacio y tiempo.
JUSTIFICACIÓN
La asignatura de Física II hace parte del Ciclo de Ciencias Básicas en la modalidad de la
disciplina de Física, y se dicta durante el tercer semestre de Ingeniería. Para su desarrollo se
precisa una buena fundamentación en cálculo diferencial, cálculo Integral , ecuaciones
111
diferenciales, física mecánica y física de vibraciones y ondas. Hasta la última mitad del
siglo XVII , la electricidad era sólo considerada un objeto de curiosidad, capaz de producir
fenómenos amenos. El magnetismo, que tenía importancia por el uso de las brújulas en la
navegación, parecía ser algo distinto de la electricidad. Sin embargo, en la primera parte del
siglo XIX se descubrió que los fenómenos eléctricos y magnéticos tienen una relación muy
estrecha, y James Clark Maxwell, en la década de 1860, presentó una teoría unificada de la
electricidad, el magnetismo y la óptica. La electricidad y el magnetismo son aspectos
diferentes de una sola interacción que no sólo explica la naturaleza de fuerzas mecánicas
como la de fricción, sino también tiene importancia para determinar las leyes de la química
y comprender qué es la luz. Las aplicaciones de la teoría de Maxwell causaron grandes
revoluciones en la tecnología y las comunicaciones. El electromagnetismo constituye una
base importante para el tratamiento de la Mecánica Cuántica, Teoría Electromagnética y
Física del Estado Sólido que son, algunas de ellas, asignaturas del tronco común de
Ingeniería y otras del área básica aplicada. Esta asignatura permite obtener información de
la materia cuando deja de ser neutra y adquiere carga eléctrica, generando información
sobre el comportamiento electromagnético de la misma, así como de las ondas
electromagnéticas que constituyen una base importante para el tratamiento de circuitos,
antenas, microondas, fibra óptica, etc.
EJES TEMATICOS
OBJETIVOS
1. CARGA ELÉCTRICA Y
CAMPOS ELÉCTRICOS
Poder usar la ley de Coulomb y la ley de Gauss para
determinar el campo eléctrico de distribuciones de carga
puntual y continua.
2. POTENCIAL ELÉCTRICO
Ser capaz de calcular el potencial eléctrico debido a una
distribución de carga discreta y continua.
3 MAGNETISMO
4 INDUCCIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
5 ECUACIONES DE MAXWELL
Poder aplicar la ley de Biort-Savart y la ley de Ampére para
determinar el campo magnético debido a una distribución de
corriente y por sistemas simétricos.
Poder reconocer sistemas en los que se induce la fem, y
aplicar la ley de Faraday para calcular la fem
Comprender la configuración de los campos en una onda
electromagnética plana.
211
SUBTEMAS Y LECTURAS SUGERIDAS
EJE
TEMATICO
1
2
3
4y5
SUBTEMAS
SEMANA DE
REALIZACION
ACTIVIDADES
Carga
eléctrica
– Electrostática,
Campos electrostáticos Física en Perspectiva, Eugene
Hecht. Cap. 17
Campos y potenciales Lectura: T.R.C. Física
uniformes.
Campo eléctrico uniforme rayos
Catódicos.
FísicaUniversitaria.
Sears
Zemansky. Cap. 24
Ciorcuitos
electricos
Condensadores,
resistencias,
circuitos
RC
Fuerza
Magnética- Campos Magnéticos estáticos,
Campo
magnético- Física Vol. II, Susan Lea, Editorial
Momento Magnético- Educativa, Cap. 28
Ley
de
AmpereCirculación de campo
magnético
FEM inducida-Ley de Campos dinámicos, Física Vol. II,
Lenz-Motor
y Susan Lea, Editorial educativa,
generador-Campo
Cap. 30
eléctrico
inducidoCorriente
de
desplazamiento
Onda electromagnética- Lectura: La luz su
Vector de Poyntig- naturaleza y propa gación. Física
Presión de radiación- UniEcuaciones de Maxwell versitaria. Sears Zemansky. Cap.
34
EJE
TEMÁTICO
COMPETENCIAS
Entiende el concepto de
fuerza de acción a
FUERZA
distancia
y
su
ELÉCTRICA Y
explicación por medio
CAMPO
del campo.
ELÉCTRICO
Conoce como se calcula
un campo eléctrico.




INDICADORES DE
COMPETENCIA
Calcula la fuerza eléctrica
resultante sobre una carga.
Define operacionalmente el
campo eléctrico.
Calcula el campo eléctrico
de una distribución de carga.
Aplica la ley de Gauss en
1.2
3,4
5,6,7
8,9 10
11.12.13
14, 15, 16
ACTIVIDADES
METODOLÓGICAS
Lectura previa por parte del
estudiante.
Presentación,
desarrollo
y
discusión del tema por parte del
profesor.
Desarrollo de ejemplos y
ejercicios.
311
POTENCIAL
ELÉCTRICO
Comprende la Ley de
Gauss.
Identifica la similitud
entre el campo eléctrico
y el campo gravitacional.
Interpreta y aplica el
concepto de potencial
eléctrico
y
energía
potencial eléctrica.
Entiende
la
caracterización
del
espacio de una carga por
medio
de
campo
eléctrico o de potencial
eléctrico.
Conoce la definición de
condensador,
sus
características
y
utilización
en
un
circuito.
Reconoce las variables
propias de un circuito
eléctrico y resuelve
CORRIENTE
adecuadamente circuitos
ELÉCTRICA Y
que
contienen
CIRCUITOS
resistencias
y
ELÉCTRICOS
condensadores.












Conoce
la
fuerza
magnética
y
su
explicación por medio
del campo magnético.
Analiza
el
FUERZA
comportamiento
de
MAGNÉTICA Y
cargas y corrientes en un
CAMPO
campo magnético.
MAGNÉTICO
Reconoce la relación
entre
la
corriente
eléctrica y el campo
magnético.

Reconoce la generación
de campos inducidos.
Entiende la Ley de la
inducción de Faraday.
Establece la propiedad
de inductancia de un

CAMPO
ELÉCTRICO
INDUCIDO.
LEY DE LA
INDUCCIÓN
DE FARADAY.





diferentes situaciones.
Talleres de problemas.
Deduce la Ley de Gauss para
la gravitación.
Define operacionalmente el
potencial eléctrico.
Calcula el potencial eléctrico
de una distribución de carga.
Comprende el concepto de
energía potencial eléctrica y
su similitud con la energía
potencial gravitacional.
Calcula el potencial a partir
del campo y el campo a
partir del potencial.
Calcula la capacidad de
diferentes
tipos
de
condensadores.
Determina las variables
eléctricas
en circuitos
condensadores.
Conoce las funciones de un
condensador en un circuito.
Define con precisión los
conceptos
de
corriente,
resistencia, resistividad y
fuerza electromotriz.
Entiende el significado de la
Ley de Ohm.
Aplica correctamente las
Reglas de Kirchoff.
Analiza
y
deduce
el
comportamiento
de
un
circuito R-C.
Entiende el concepto de
campo magnético.
Calcula el campo magnético
de una corriente eléctrica.
Establece las similitudes y
diferencias entre las fuerzas
eléctricas y magnéticas.
Calcula la fuerza magnética
sobre una corriente eléctrica.
Entiende
y
aplica
adecuadamente la Ley de
Ampere.
Lectura previa por parte del
estudiante.
Presentación,
desarrollo
y
discusión del tema por parte del
profesor.
Desarrollo de ejemplos y
ejercicios.
Talleres de problemas.
Identifica la causa que
produce un campo eléctrico
inducido.
Calcula
la
fuerza
electromotriz inducida en un
circuito.
Lectura previa por parte del
estudiante.
Presentación,
desarrollo
y
discusión del tema por parte del
profesor.
Desarrollo de ejemplos y
Lectura previa por parte del
estudiante.
Presentación,
desarrollo
y
discusión del tema por parte del
profesor.
Desarrollo de ejemplos y
ejercicios.
Talleres de problemas.
Lectura previa por parte del
estudiante.
Presentación,
desarrollo
y
discusión del tema por parte del
profesor.
Desarrollo de ejemplos y
ejercicios.
Talleres de problemas.
411
INDUCTANCIA circuito.
.


Entiende la Ley de la
inducción de Maxwell.
Maneja adecuadamente
el concepto de corriente
de desplazamiento.
Identifica las diferentes
formas de producción de
un campo magnético.
Comprende
el
significado de la teoría
electromagnética.
ECUACIONES
Reconoce las únicas
DE MAXWELL
formas
de
generar
campos eléctricos y
campos magnéticos.
Entiende la definición de
una
onda
electromagnética.
Interpreta
adecuadamente
los
diagramas de campo
eléctrico y magnético de
ONDAS
onda
ELECTROMAG una
NÉTICAS
electromagnética.
Conoce
el
espectro
electromagnético.
Comprende
las
diferentes formas de
generar
ondas
electromagnéticas.
CAMPO
MAGNÉTICO
INDUCIDO.
CORRIENTE
DE
DESPLAZAMIE
NTO







Entiende el concepto de
inductancia.
Explica el comportamiento
de
un
circuito
con
inductancias.
Calcula campos magnéticos
generados
por
campos
eléctricos variables con el
tiempo.
Calcula la corriente de
desplazamiento
en
un
condensador.
ejercicios.
Talleres de problemas.
Lectura previa. Presentación y
desarrollo del tema. Ejemplos.
Establece las ecuaciones de Lectura previa. Presentación,
Maxwell en forma integral desarrollo y disensión del tema.
para el vacío.
Ejemplos.
Generaliza las ecuaciones de
Maxwell en la teoría
electromagnética.
Aplica las ecuaciones de Lectura previa. Presentación,
Maxwell para obtener la desarrollo y disensión del tema.
ecuación de onda de una Ejemplos.
onda electromagnética.
Reconoce las características
de
una
onda
electromagnética y su forma
de producción.
Analiza adecuadamente las
diferentes partes del espectro
electromagnético.
RELACIONES DEL SABER O ASIGNATURA CON OTROS SABERES DE LA
FORMACIÓN DISCIPLINAR Y CON LAS PRÁCTICAS PROFESIONALES
La asignatura de Física II hace parte del Ciclo de Ciencias Básicas en la modalidad de la
disciplina de Física, y se dicta durante el tercer semestre de Ingeniería. Para su desarrollo se
precisa una buena fundamentación en cálculo diferencial, preferentemente, y Cálculo
Integral. Constituye una base importante para el tratamiento del Electromagnetismo,
Mecánica Cuántica, Teoría Electromagnética y Física del Estado Sólido que son, algunas de
ellas, asignaturas del tronco común de Ingeniería y otras del área básica aplicada.
De los aspectos más importantes es la formación científica y tecnológica, pues es gracias al
conocimiento científico que se han logrado la gran mayoría de los avances tecnológicos.
Además, esta comprensión le brinda al estudiante un panorama global que le permitirá
adaptarse fácilmente a la aparición de nuevas tecnologías. El Electromagnetísmo es una de
las teorías físicas que más impacto han tenido en el desarrollo tecnológico, y es la base
511
científica de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos, es por esto que es importante que
el estudiante de ingeniería adquiera un conocimiento profundo del electromagnetísmo.
PROPUESTA METODOLÓGICA:
De acuerdo con los créditos académicos la metodología está orientada a comprometer al
estudiante como sujeto activo de su propio aprendizaje, despertando en él la
responsabilidad del aprendizaje. El docente es un elemento fundamental en la orientación y
motivación del aprendizaje para hacerlo eficiente y significativo. Se busca que utilice la
técnica heurística para relacionar teorías, leyes , principios, conceptos, afirmaciones,
registros, gráficos, acontecimientos y objetos y que desarrolle su capacidad de deducción,
análisis y síntesis así como su juicio crítico con el fin de que apropie los elementos
mínimos de una formación básica en esta asignatura.
La metodología que se propone utilizar para el curso hace énfasis en la autogestión
formativa, sin que esto signifique una exclusión total de interacciones directas entre docente
y estudiantes, y de los estudiantes entre sí.
El curso se desarrollará mediante clases magistrales ( tres horas por semana ), lecturas
realizadas en forma independiente o en grupo por el estudiante de los temas sugeridos en
libros de física universitaria, artículos de internet, trabajo en grupo y sesiones de trabajo con
acompañamiento docente en el laboratorio y los talleres.
Para el desarrollo del estudio independiente el estudiante cuenta con la presente guía que
constituye un medio para organizar su propio ambiente de aprendizaje, establecer las
temáticas que se deben estudiar por semanas, las actividades de aprendizaje recomendadas,
verificar los avances realizados y emprender las acciones necesarias para cumplir con el
propósito del curso. Como resultado del trabajo independiente el estudiante debe organizar
un portafolio donde se presente la síntesis o resúmenes analíticos realizados, los ejercicios
desarrollados y la solución a problemas planteados.
En la primera sesión presencial se realizará la inducción donde se precisarán las actividades
a realizar, se establecerán los compromisos pertinentes como fechas de evaluación o plazos
para entrega de trabajos o proyectos de curso. En esta sesión se deben conformar los grupos
de trabajo colaborativo que constituyen un medio para interactuar con otros estudiantes,
socializar conocimientos y experiencias relacionadas con el aprendizaje de la física.. Este
trabajo se puede realizar en la universidad, donde a los estudiantes se les facilite tanto el
desplazamiento como los encuentros. Esta actividad se hace en ausencia del docente. Es un
espacio para comenzar a desarrollar las competencias de comunicación, interacción y
consolidación de valores.
El trabajo grupal debe permitir :


Complementar los conocimientos propios, con los de otros compañeros.
Aclarar dudas sobre temas específicos.
611



Reforzar lo aprendido, con lo aportado por los demás compañeros.
Coevaluar conocimientos.
Proponer dudas e inquietudes grupales para compartir con el docente.
En la sesión de inducción también se analizará la accesibilidad a fuentes de consulta
bibliográfica, de internet y de otros recursos didácticos disponibles en cada sede y en el
entorno del estudiante.
La asesoría académica y pedagógica se realizará en secciones grupales donde el docente
dará respuesta a las inquietudes de los estudiantes frente a la temática propuesta para el
trabajo y brindará el apoyo necesario para suplir las deficiencias y vacíos encontrados en la
evaluación a través de talleres y otras actividades que el docente considere necesarias.
PROGRAMACIÓN DE ACTIVIDADES ACADÉMICAS:




Laboratorios : los días jueves de 18 a 20 o los días sábados de las 07 a las 09.
Clase magistral : los días martes de las 18 a las 20 y el jueves de las 18 a las 19
Talleres : los días jueves de las 19 a las 20.
Asesorías : los días lunes, miércoles y jueves de 17 a 18
EVALUACIÓN LOS APRENDIZAJES : Estrategias.









Preinformes de laboratorio
Informes de laboratorio
Previas parciales y Quices
Anteproyecto de laboratorio
Avances de proyectos
Exposiciones y sustentación de lecturas
Talleres clase y extractase
Control de Lecturas complementarias
Examen final departamentalizados
711
EVALUACIONES
PUNTOS





CREDITOS
PORCENTAJE
PRESÉNCIALES
Quis
Parciales
Sustentación individual o Grupo
Practicas de laboratorio
Examen Final
VALOR ASIGNADO EN
IN
IIN
IIIN
0
5
1
1
2
10
1
1
2
10
1
1
EX F
15
TALLERES
 Lecturas complementarias
 Solución de Ejercicios
 Talleres de aula
20%
1
2
2
1
2
2
1
2
2
1
2
2
TRABAJO INDEPENDIENTE






Portafolio
Proyectos del curso ( Formulación )
Avance
Sustentación
Informes
Trabajos extraclase
50%
30%
1
1
2
2
1
2
4
1
2
1
2
3
1
4
1
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA:
Texto guia Susan Lea y John Burke . La Naturalewza de las cosas Ed Thomson. Volumen
II
Balanis C., advanced engineering electromagnetics, john wiley, New york, 1998.
Balcells J., Daura F., Esparza R., Pallas R., interferencias electromagneticas en sistemas
electronicos, marcombo, Mexico 1992.
811
Goldemberg J., física general y experimental, interamericana, Mexico,1970.
Hammond P., electromagnetismo aplicado, editorial labor, Barcelona 1976.
Hayt W. JR., teoría electromagnética, mac graw hill, México 1991.
Jackson , electrodinamica clásica, editorial reverte, Barcelona, 1973
Johnk C., teoría electromagnética, campos y ondas, limusa noriega editores, México 1999.
Kraus J. , electromagnetismo, mac graw hill, México, 1994.
Lorrain P. , Corson D. campos y ondas electromagnéticos, selecciones científicas, Madrid
1977.
Marshall S. V., DuBroff R. E., Skitek G. G., electromagnetismo, conceptos y aplicaciones,
prentice hall, Mexico 1997.
Mompin J., manual del radioaficionado moderno, marcombo, México 1991.
Portis Alan, campos electromagnéticos, reverte, Barcelona 1985.
Purcell E. , electricidad y magnetismo, editorial reverte, Barcelona, 1973.
Rao Nannapaneni N. Elements of engineering electromagnetics, prentice hall, New Jersey
1994.
Reitz J, Milford F. , Christy R. , fundamentos de la teoría electromagnética, Addison
Wesley iberoamericana, U. S. A. 1996.
Antennas and propagation, IEEE, U. S. A.
Wangsness R., campos electromagnéticos, limusa noriega editores, México 1996.
Fields electromagnetics, IEEE, U. S. A.
TALLERES DE FISICA MECANICA MAPLE 5.1
FISICA
UAN DEPARTAMENTO DE
GUIAS DE LABORATORIO DE FISICA MECANICA MAPLE 5.1
DEPARTAMENTO DE FISICA
UAN
DIRECIONES ELECTRONICAS MAPLE 5.1 UAN DEPARATAMENTO DE FISICA
LECTURAS DE FISICA MECANICA MAPLE 5.1
FISICA
UAN DEPARATAMENTO DE
SIMULACIONES. MAPLE 5.1 UAN DEPARATAMENTO DE FISICA
911
MOTORES DE BUSQUEDA
www.altavista.digital.com
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www.infoseek.com
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Software INTERECTIVE PHYSICS Licencia UAN DEPARTAMENTO DE FISICA
Software WORK BENCH Licencia UAN DEPARTAMENTO DE FISICA
REVISTA FISICA Y PEDAGOGIA
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