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Vicerrectorado de Innovación y
Desarrollo Tecnológico
Secretariado de Enseñanza Virtual y
Laboratorios Tecnológicos
Título de la asignatura
Fundamentos Físicos del Hardware
Departamento
Física Aplicada II
Área
Física Aplicada
Profesor responsable de la asignatura
Vargas Domínguez, Juan Miguel
Profesores que la imparten o tutores
Vargas Domínguez, Juan Miguel
Reina González, Jose Carlos
Ruiz Reina, Emilio
Delgado Cabello, Javier
Créditos teóricos/prácticos
Créditos: 6
Créditos teóricos: 3
Créditos prácticos: 3
Plazas ofertadas
35
Recomendaciones
Prerrequisitos: El alumno debe poseer los conocimientos impartidos en las
asignaturas de Física y Matemáticas de Bachillerato o de ciclos de enseñanza
equivalentes, que se resumen en las siguientes recomendaciones:
Física: nociones de cinemática y dinámica; teoría de campos; campo
electrostático; corriente eléctrica y magnetismo.
Matemáticas: resolución y manejo de ecuaciones algebraicas; definición y
propiedades y manipulación de funciones elementales (trigonométricas,
exponenciales, logarítmicas, etc.); ser capaz de derivar e integrar funciones
sencillas de una variable; estar familiarizado con las representaciones
gráficas y su interpretación; soltura en el análisis vectorial.
Titulaciones a las que va dirigida: La asignatura está diseñada para una
audicencia de alumnos de primer ciclo de las siguientes titulaciones: Ingenierías en
general (Ingeniería Informática, de Telecomunicación, Industrial, y otras) y
Licenciaturas técnicas y científicas.
Objetivos
Se pretende potenciar el pensamiento científico/crítico del alumno instándole
Edif. SCAI, Bulevar Louis Pasteur, 33. Campus Teatinos. 29071-MÁLAGA. Tlf.: 952 13 29 44 FAX: 952 13 29 45 http://www.evlt.uma.es
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a llevar a cabo una aproximación razonada a los conceptos físicos
involucrados en el funcionamiento de los dispositivos informáticos. De igual
forma se pretende que el alumno desarrolle cierto rigor matemático y
conceptual en esa aproximación. En concreto, se pretende que el alumno
desarrolle las siguientes competencias:
· Competencias cognitivas: Se pretende que el alumno conozca los
principios físicos que subyacen en el almacenamiento, lectura y transmisión
de información en informática, estudiando diversas aplicaciones de los
mismos; que domine los conceptos y prácticas relacionadas con la resolución
de circuitos eléctricos básicos; que conozca y domine los conceptos
relacionados con las características de los materiales en relación a la
conductividad eléctrica, con especial énfasis en los materiales
semiconductores; y que conozca la estructura y características de dispositivos
electrónicos básicos de semiconductor y sus múltiples aplicaciones en la
informática.
· Competencias instrumentales: [1] Potenciar la capacidad del alumno de
realizar modelos físicos de dispositivos hardware. [2] Ayudarle a adquirir la
capacidad de determinar y evaluar órdenes de magnitud de los parámetros
físicos presentes en diversos problemas. [3] Capacitarle para aplicar técnicas
de cálculo, preferentemente con asistencia del ordenador, convenientes para
la realización de problemas relacionados. [4] . Elaboración de memorias
sobre experiencias de laboratorio (no presenciales), con énfasis en el
tratamiento adecuado de los datos experimentales y sus errores. [5]
Elaboración de informes científico-técnicos que combinen textos, gráficas y
tablas.
· Competencias actitudinales: Desarrollar el espíritu y la metodología
científica en el alumno, junto con la actitud de curiosidad ante los aspectos
físicos de la naturaleza que lo rodea, especialmente de los dispositivos
electrónicos. Fomentar también la capacidad crítica y de evaluación de
órdenes de magnitud. Potenciar que el alumno incorpore en sus hábitos de
estudio y laborales el rigor, la precisión y la claridad de razonamiento.
Potenciar su creatividad, el aprendizaje autónomo, el trabajo en equipo (a
distancia), y la capacidad de elaboración de información técnica, con rigor y
claridad.
Temario
1.- Propiedades eléctricas y magnéticas de materiales
Propiedades eléctricas: Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo
electrostático, potencial y energía potencial electrostática. Flujo eléctrico,
Líneas de campo y superficies equipotenciales. Leyes integrales del campo
electrostático. Corriente eléctrica e intensidad de corriente. Ley de Ohm. El
dipolo eléctrico. Conductores en equilibrio electrostático. Capacidad,
condensadores. Energía del campo electrostático. Dieléctricos. Vector
polarización.
Propiedades magnéticas: Fenómenos magnéticos. Fuerza magnética sobre
una carga puntual en movimiento: Fuerza de Lorentz. Vector inducción
magnética, líneas de campo. Fuerza sobre corrientes eléctricas y espiras.
Momento dipolar magnético. Leyes integrales. Inducción electromagnética:
Ley de Faraday-Lenz. Inducción mutua y de autoinducción. Asociación de
autoinducciones. Energía y densidad de energía del campo magnético.
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2.- Semiconductores y dispositivos semiconductores
Estado sólido: Radiación y materia. Mecánica ondulatoria. Principio de
exclusión y niveles de energía. Estructura del estado sólido. Emisión
estimulada. Fosforescencia. Modelo de conducción eléctrica. Nivel de Fermi.
Teoría de bandas: Aislantes, semiconductores y metales.
Materiales semiconductores: Generación y recombinación de pares electrónhueco. Semiconductores intrínsecos y extrínsecos (n y p). Distribución de
portadores. Compensación y neutralidad de la carga espacial. Corriente de
arrastre y de difusión. Campo eléctrico interno.
Dispositivos semiconductores: Unión p-n y diodo de unión p-n. Diodo real en
polarización directa e inversa. Transistores: Tipos. Modo de funcionamiento:
conmutador y amplificador.
3.- Almacenamiento de información
Almacenamiento magnético: Discos duros y flexibles. Parámetros físicos:
capacidad, velocidad de acceso, tamaño de grano y densidad
de
información. Proceso de lectura/escritura: inducción y magnetorresistencia.
Almacenamiento óptico: Fotodiodos y diodos láser. Estructura física de los
discos ópticos. Codificación, capacidad, velocidad de acceso, densidad de
información. Almacenamiento magnetoóptico.
Memorias de semiconductor: Memorias RAM, ROM, Flash: Tipos.
Características físicas: volatilidad, capacidad, velocidad de acceso, densidad
de información. Ventajas y Limitaciones.
4.- Microprocesadores y otros dispositivos.
Microprocesadores: Evolución histórica, estructura. Caracterísiticas físicas:
frecuencia de ciclos reloj y calentamiento Joule.
Pantallas: Pantallas LCD: Cristales líquidos; Polarización de la luz;
Blanco/negro y color; LCDs de matriz pasiva y activa. Pantallas TFT:
transistores de efecto de campo; estructura del TFT. Pantallas táctiles:
descripción, tecnologías, características físicas.
Impresoras: Impresoras Láser, de tinta, LED: Caracterísiticas físicas, ventajas
e inconvenientes.
Contenidos
En esta asignatura se pretende suministrar al alumno una introducción a la
Física que subyace tras el funcionamiento de diversos dispositivos
electrónicos que conocemos comúnmente como hardware informático.
El temario consta de dos partes diferenciadas. En la primera de ellas se
realiza un repaso de los principios básicos del electromagnetismo y de las
propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales, con especial enfásis
en los materiales y dispositivos semiconductores. En la segunda parte se
desarrollan distintas aplicaciones de los citados principios a la transmisión y
almacenamiento de la información, y al diseño de dispositivos como pantallas,
impresoras, dispostivos de captura de imágenes, etc.
Evaluación
Enumeración de las actividades evaluables: Se valorará el trabajo del
alumno durante el curso. En esta valoración principalmente: [1] Ejercicios de
evaluación de teoría. [2] Ejercicios de evaluación de problemas.
[3] Realización de memorias de prácticas sobre experiencias (no
presenciales) de laboratorio. [4] Realización y presentación de una memoria
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técnica.
De manera global, también se valorará la asistencia (virtual) a tutorías
electrónicas, y la participación activa en los foros de la asignatura. El alumno
puede aprobar la asignatura si la suma de las calificaciones en estos cuatro
apartados es mayor que el 50%. En caso contrario, el alumno deberá
presentarse al examen final con los contenidos que el profesor le indique.
Descripción de las actividades evaluables:
[1] Trabajo durante el curso:
De manera más específica, se indican a continuación los porcentajes
asignados a las distintos actividades evaluables durante curso:
•
Ejercicios de evaluación de problemas, (35%) Resolución de los
ejercicios de evaluación de problemas que se irán ralizando durante el curso.
Para resolverlos, el alumno deberá aplicar conocimientos teóricos y basarse
en datos prácticos. Se valorará la inclusión de la explicación concisa de los
cálculos realizados en los problemas. Se realizarán 5 ejercicios de evaluación
de problemas durante el curso, y cada un de ellos contribuirá en un 7% a la
nota final.
•
Ejercicios de evaluación de teoría (30%): Durante el curso se
realizarán dos pruebas parciales en las que el alumno podrá demostrar la
adquisición y comprensión de los principales conceptos de la asignatura.
Cada prueba contará en un 15% a la nota final.
•
Prácticas de Laboratorio: (10%): Preparación de breves memorias
técnicas sobre el desarrollo de las actividades prácticas realizadas (de forma
virtual) en el laboratorio. Se valorará la presentación y la corrección de la
expresión escrita.
•
Memoria técnica, (25%): Preparación y exposición en grupo de una
memoria técnica, cumpliendo ciertas especificaciones, sobre alguna
aplicación concreta relacionda con la asignatura. Se valorará el grado de
profesionalidad en la presentación de las memorias y la corrección de la
expresión escrita.
[2] Examen final: Se valorará la resolución del alumno del examen final. En
la nota final este examen tendrá un peso de hasta el 50% para los alumnos
que, habiendo trabajado durante el curso con regularidad, no hayan
conseguido aprobar la asignatura, y del 100% para los que no hayan
trabajado con regularidad.
Como es usual, el examen final constará de una serie de preguntas teóricas y
prácticas (problemas) que el alumno tendrá que resolver en un tiempo
preestablecido. Si el alumno ha realizado un número suficiente de actividades
durante el curso, se hará una media ponderada de éstas con la nota del
examen.
Tutorías
1.- Se ofrecerán tutorías virtuales voluntarias para aclarar dudas específicas
que le surjan al alumno en el trabajo de la asignatura. Durante las horas de
tutorías, el profesor abrirá el módulo de mensajería instantánea de la
plataforma MOODLE de la asignatura. El profesor prestará atención al alumno
en todas las cuestiones referentes a la materia de la asignatura, resolviendo
las dudas que tuviera en la medida de lo posible.
2.- Para cada tema del curso se abrirá un módulo de foro de discusión de
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dudas en MOODLE en las que los alumnos podrán intercambiar preguntas y
respuestas sobre los temas tratados. Los profesores actuarán como
moderadores de estos foros.
3.- En los trabajos que se realicen por grupos, cada uno de estos grupos
dispondrá también de un foro de grupo en MOODLE que será tutorizado por
los profesores de la asignatura.
4.- Independientemente de lo anterior, los alumnos podrán acceder a tutorías
offline con cada uno de los profesores, utilizando el sistema de mensajería
interna de la plataforma MOODLE.
Bibliografía
General
Lea. S. M., y Burke, J.R: Física: La naturaleza de las cosas, Volumen 2. Ed.
Paraninfo. Madrid.
Serway, R. A. y Jewett: Física para Ciencias e Ingeniería. Ed. Thompson.
Madrid.
Tipler, P. A.: Física (Volumen II). Reverte. Barcelona.
Tipler, P. A.: Física para la Ciencia y la Tecnología (Volumen II). Ed. Reverte.
Barcelona.
Específica
Criado, A. M. y Frutos, F.; Introducción a los Fundamentos Físicos de la
Informática; Ed Paraninfo.
Montoto San Miguel: Fundamentos Físicos de la Informática y las
Comunicaciones. Ed. Thompson.
López, V. y Montoya, M. M.: Física para Informáticos. Problemas Resueltos.
Ed. Sanz y Torres.
Gómez, P. y colaboradores: Fundamentos Físicos y Tecnológicos de la
Informática.
Cuatrimestre
Segundo cuatrimestre
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