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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA FORMATO GUÍA DE CÁTEDRA 1. Identificación del curso 1.1 Escuela / Departamento: Ciencias Naturales e Ingeniería 1.3 Programa: Ingeniería 1.5 Carrera: 1.7 Nivel: Pregrado 1.2 Código: CN 1.4 Código: 1.6 Código: 1.9 Código : IS33 40503 1.8 Curso: Electromagnetismo y Laboratorio 1.10 Área de Formación: EG IS33 40703 1.11 Línea de Conocimiento: Física 1.12 Clase : 1.13 Modalidad: Presencial 1.14 Periodo Académico: Segundo Periodo de 2003 1.15 Intensidad Horaria Semanal: 12 1.17 Horas Presenciales: 5 1.16 Créditos: 4 1.18 Horas de Estudio Independiente: 7 1.19 Profesor: Jorge Enrique Rueda Jaime Rico 1.20 ID : 2. Justificación El curso de electromagnetismo, como parte de la formación del ingeniero, aporta a su proceso de capacitación las bases conceptuales necesarias para la comprensión de los diferentes fenómenos eléctricos y magnéticos y sus aplicaciones, tanto en el ámbito profesional, como cotidiano. Adicionalmente, el desarrollo de experiencias de laboratorio que comprueban los fenómenos electromagnéticos y el uso del lenguaje matemático, en la descripción de tales fenómenos, desarrolla habilidades y destrezas cognitivas importantes dentro de su continuada instrucción. 3. Articulación en el Plan de Estudios 3.1 Pre-requisitos: Mecánica y Laboratorio 3.2 Código: IS33 10502 IS33 10702 3.3 Co-requisitos: Ninguno 3.4 Código: 3.5 Descripción de Conocimientos y Habilidades requeridos para el curso: El curso de Electromagnetismo requiere el manejo de las leyes del movimiento. Particularmente el concepto de Fuerza, se constituye en piedra angular para introducir la interacción eléctrica y magnética que es el contenido central del curso. Se requiere destreza en los procesos de medición e interpretación de situaciones experimentales. El estudiante debe ser diestro en los procesos de derivación, integración y cálculo vectorial. El curso exige el ejercicio en la solución de problemas. 3.6 Relación con el Núcleo Integrador: Este curso forma parte del núcleo integrador de tercer semestre. Algunas de las temáticas planteadas son problemas propuestos en los proyectos integradores del nivel. 4. Competencias 4.1 Competencia Institucional: El curso de electromagnetismo contribuye fundamentalmente al desarrollo de la competencia Ser Disciplinado, que el estudiante logrará mediante el manejo de contenidos teóricos, experimentales y procesos de pensamiento crítico y lógico, conducentes a una visión e interpretación de su entorno. 4.2 Competencias Específicas del Curso 4.3 Indicadores de Competencia Se busca que el estudiante al resolver situaciones muestre un desarrollo de sus dimensiones: Identifica las propiedades eléctricas de la materia mediante la observación de la interacción entre sustancias Reconoce la naturaleza vectorial de la fuerza eléctrica y resuelve problemas empleando la ley de Coulomb. Propone soluciones a problemas de interacción entre sistemas discretos y continuos de carga Clasifica materiales según la propiedad de conducción de la electricidad. Resuelve problemas empleando la Ley de Gauss Analiza el concepto de potencial eléctrico y de energía potencial eléctrica, como parte de los principios de conservación de la energía y conservación de la carga. Intelectual. El estudiante: Reconoce en las teorías que explican los fenómenos electromagnéticos diversas formas de interpretar e intervenir la realidad. Define, analiza, sintetiza, reflexiona, toma posición crítica y creativa frente a situaciones de su disciplina. Se pregunta, busca y organiza la información de manera sistemática. Afronta la solución de problemas de manera creativa y organizada. Moral. El estudiante: Da crédito a las fuentes del conocimiento que utiliza en la elaboración de sus trabajos. Manifiesta honestidad en los procesos de evaluación. Comparte solidariamente sus conocimientos. Muestra interés en reconocer y relacionar conceptos de las disciplinas que convergen en su formación. Reconoce en el debate académico los saberes e ignorancias propios y ajenos. Afectiva. El estudiante: Manifiesta agrado por el rigor conceptual, experimental y teórico en la construcción de conocimiento. Manifiesta agrado por la lectura y escritura de los tema que estudia. Valora la interlocución (confrontar, argumentar, debatir) como condición para construir conocimiento. Físico-sensible. El estudiante: Muestra destrezas y habilidades propias de la disciplina que estudia Utiliza diversos lenguajes para expresar creativa y coherentemente sus argumentos. Analiza fenómenos producidos por el almacenamiento de carga electrostática y comprende el concepto de capacitancia y dieléctrico. Relaciona el concepto de potencial eléctrico en forma puntual con el voltaje dentro de un circuito eléctrico. Reconoce el concepto de voltaje y corriente eléctrica Analiza el comportamiento de los diferentes materiales ante el paso de una corriente eléctrica; comprende el concepto de resistividad y analiza dichos efectos mediante la ley de Ohm Diferencia las formas de conectar elementos dentro de un circuito y las definiciones básicas de topología de circuitos, tales como elemento, nodo, lazo , malla entre otras. Construye conexiones de circuitos serie y paralelo adecuadamente y aplica correctamente los principios fundamentales del comportamiento de circuitos, tales como la ley de Ohm y las reglas de Kirchhoff. Entiende el concepto de campo y flujo magnético, así como sus diferentes formas de generación. Identifica el magnética. Aplica adecuadamente la ley de Biot-Savart. Calcula el campo magnético creado por una carga eléctrica móvil, un conductor con corriente eléctrica, una espira y un solenoide recorridos por una corriente eléctrica. Aplica adecuadamente las leyes de Ampere y Faraday-Lenz, en la solución de problemas relacionados con flujos magnéticos y fenómenos de inducción. Resuelve problemas que involucren la fuerza magnética sobre una carga que se mueve en un presencia de un campo magnético, o un conductor recorrido por una corriente eléctrica. Reconoce el concepto de fuerza electromotriz inducida (FEM) y demuestra destreza en el cálculo de las FEM en alambres que se mueven en campos magnéticos Explica con claridad el principio de funcionamiento de máquinas eléctricas como transformadores, motores y generadores eléctricos y resuelve problemas relacionados con estos principios. Reconoce el concepto de inductancia y su comportamiento dentro de un circuito eléctrico. Explica el fenómeno transitorio ocurrido cuando se tienen circuitos RL, RC y RLC en corriente continua. Reconoce el comportamiento en frecuencia de resistencias, inductancia y capacitancias dentro de un circuito en corriente alterna. Identifica el concepto de impedancia y aplica la ley de Ohm en forma generalizada Descubre circuitos en corriente alterna comunes en la vida cotidiana y relacionar estos circuitos con la generación, transporte y suministro de energía eléctrica. Identifica los peligros o efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano y mantiene presentes algunas consideraciones de seguridad en relación al manejo de artefactos eléctricos de la vida cotidiana. fenómeno de inducción 5. Contenidos (Unidades y Temas) 1. Carga eléctrica 1.1. Carga eléctrica y la estructura de la materia. 1.2. Conductores, aislantes y cargas inducidas. 2. Ley de Coulomb 2.1. El concepto de Fuerza Eléctrica. 2.2. Aplicación de la Ley de Coulomb. 3. Campo Eléctrico 3.1. Campo eléctrico debido a cargas puntuales. 3.2. Campo eléctrico debido a distribuciones de carga continua. 3.3. Líneas de campo eléctrico. 3.4. Dipolos eléctricos 4. Ley de Gauss 4.1. El concepto de Flujo de campo eléctrico. 4.2 Cálculo de flujo de campo eléctrico 4.3 Aplicación de la ley de Gauss al cálculo de campo eléctrico. 5. Potencial eléctrico. 5.1 Diferencia de potencial eléctrica y potencial eléctrico. 5.2.Energía potencial eléctrica. 5.3.Cálculo del potencial eléctrico debido a cargas puntuales. 5.3.Cálculo de potencial eléctrico debido a distribuciones de cargas continuas. 5.4. Superficies equipotenciales. 6. Corriente eléctrica y densidad de corriente 6.1. El concepto de corriente y densidad de corriente. 6.2.Resistividad y ley de Ohm. 6.3.Resistencia y asociación serie-paralelo. 6.4.Fuerza electromotriz y circuitos de corriente directa. 6.5.Energía y potencia en circuitos eléctricos. 7. Análisis de Circuitos en corriente continua 7.1.Reglas de Kirchhoff 7.2. Análisis por las técnicas de nodos y mallas 8. Capacitancia Eléctrica 8.1. Cálculo de la capacitancia para diferentes disposiciones geométricas de condensadores 8.2. Conexión serie-paralelo de condensadores 8.3. Circuitos RC 9. Campo magnético y fuerza magnética. 9.1. Magnetismo. 9.2. Campo magnético. 9.3. Líneas de campo magnéticos y flujo de campo magnético. 9.4. Fuerza magnética sobre partículas cargadas. 9.5. Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas. 9.6. Fuerza magnética sobre un conductor por el que circula una corriente. 9.7. Fuerza magnética entre conductores paralelos. 9.8 Momento de dipolo magnético 10. Fuentes del campo magnético. 10.1. Campo magnético de una carga en movimiento. 10.2. campo magnético de un elemento de corriente, Ley de Biot-Savart. 10.3. Campo magnético de un conductor recto por el que circula una corriente 10.4. Ley de Ampere 10.5 Aplicaciones de la ley de Biot-Savart y la ley de Ampere. 10.6 Propiedades magnéticas de la materia. (Diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo). 11. Inducción Electromagnética 11.1 Flujo de campo magnético 11.2. Ley de Faraday. 11.3. Ley de Lenz. 11.4. Inductancia mutua. 11.5. Auto – inducción. 11.6. Ecuaciones de Maxwell 12. 12.1 12.2 12.3 Circuitos en corriente alterna Señales senoidales. El concepto de impedancia. Circuitos RLC. 6. Actividades: 6.1 Del Docente: Orientación de Clases y en Prácticas de Laboratorio Diseño de Talleres de Simulación Computacional Administración de Foros y Grupos de Discusión 6.2 De los Estudiantes: Solución de talleres. Revisión de textos. Participación en Foros y Grupos de Discusión 6.3 Del Equipo Docente: Solución de talleres (problemas, aplicaciones multimediales). Revisión de textos. Participación en Foros y Grupos de discusión 7. Estrategias de evaluación Solución de problemas e interpretación de textos planteados en los talleres, exámenes largos y pruebas cortas (quiz), empleando un lenguaje matemático coherente. Participación en los debates con argumentos claros y en concordancia con los temas propuestos, así como la capacidad de moderar las discusiones cuando sea requerido. Presentación de pre-informes e informes en las prácticas de laboratorio. La articulación de los contenidos del curso en el Proyecto Integrador. 8. Instrumentos de Registro Pruebas, exposiciones orales, reportes escritos de talleres o trabajos de investigación, desarrollo de las prácticas de laboratorio. 9. Recursos 9.1 Bibliografía Básica Texto: Serway, R. y Beichner, R. Física para ciencias e ingeniería. Tomo I y II. Quinta Edición. Mc. Graw-Hill, México (2000). 9.2 Bibliografía Complementaria Sears, W. et al. Física Universitaria. Vol 1 y 2. Novena edición. Pearson Educación – Addison Wesley. México,1999. Alonso, M. y Finn, E. Física . Pearson Educación – Addison Wesley. México (1995) Halliday & Resnick, Física parte 1 y 2. Compañía Editorial Continental S.A. de C.V México, 1992 9.3. Audiovisuales Presentación de diapositivas en Power Point Acetatos Videos Didácticos existentes en el Departamento de Multimedia de la UNAB Simulación en Java de fenómenos Electromagnéticos disponibles en Internet CD – ROM de Herramientas del Estudiante, Software interactivo para la resolución de problemas. Material de apoyo texto guía. 9.4. Enlaces en Internet www.saunderscollege.com/physics http://bellota.ele.uva.es/~imartin/libro/node20.html http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/elecmagnet.htm http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/teoria/A_Franco/elecmagnet/elecmagnet.htm http://www.walter-fendt.de/ph14s/ 9.5. Software MATLAB 6.x SCILAB