FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS BÁSICAS
Nombre de materia: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Clave de la materia: 302 Clave de la facultad: 08USU4053W Clave U.A.CH: 08MSU0017H Clave CACEI: Nivel de plan de estudios: 3º Horas/Clases/Semana: 3 Hras totales/Semestre: 48 Hras/Práctica(y/o Laboratorio) por semana: 1 Hras totales/Semestre: 16 Prácticas Complementarias: Trabajo extra-clase Horas/Semanas: Carrera/Tipo de materia: Ingeniería en Sistemas Topográficos / Obligatoria Fecha última de Revisión Curricular: 2003 Materia y clave de la materia requisitos: Termodinám Termodinámica ica 202
PROPÓSITO DEL CURSO
El alumno aprenderá los principios básicos de la electrostática, electrodinámica, magnetismo y
electromagnetismo, para su aplicación en problemas de ingeniería.
OBJETIVO DEL CURSO
El objetivo básico de este curso es desarrollar en el estudiante conocimientos amplios y generales de los principios fundamentales de la mecánica, con el fin de capacitarlo para la solución sencilla y lógica de algunos problemas de ingeniería. Se ve en los dos primeros capítulos un repaso de los conocimientos
básicos, de la mecánica, que el alumno debe ya tener al haber cursado Física I, y en los capítulos subsecuentes se aplican estos conocimientos a los problemas específicos de la Dinámica
CONTENIDO TEMÁTICO
1. PROPIEDADES CUALITATIVAS DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS Objetivo: Que el alumno aprenda las diferentes clases de cargas eléctricas. 1.1. Carga eléctrica por frotamiento. 1.2. Tenemos dos clases de cargas eléctricas: Cargas eléctricas de igual clases se repelen.
Cargas eléctricas de diferentes clases se atraen. 1.3. El electroscopio de hojas voladoras. Carga eléctricas inducidas en los extremos de un cuerpo conductor por una carga eléctrica cercana. 1.4. Carga eléctrica de un cuerpo por el fenómeno de inducción
2. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS DE LAS PARTÍCULAS QUE CONSTITUYEN EL ÁTOMO. Objetivo: Que el alumno comprenda las diferentes partículas del átomo. 2.1. El tubo de rayos catódicos y los experimentos de Thompson, que determinaron las propiedades del electrón, modelo de átomo de Thompson. 2.2. El protón, el neutrón y otras partículas del átomo 2.3. Clasificación de fuerzas , por su origen, entre protones y electrones 2.4. El experimento de Ernesto Rutherford que determina que el átomo no es sólido. Modelo de átomo de Rutherford 2.5. Los postulados de Niels Bhor y su modelo de átomo 3. EL PROCESO MECÁNICO QUE TIENE LUGAR AL CARGAR UN CUERPO Y FORMA DE DISTRIBUCIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS. Objetivo: Que el alumno adquiera conocimientos en el proceso mecánico y eléctrico de las cargas. 3.1. El proceso mecánico al cargar eléctricamente a un cuerpo 3.2. Clasificación de las de distribución de cargas eléctricas 4. FUERZA ENTRE DOS CARGAS ELÉCTRICAS (LEY DE COULOMBS) Objetivo: Adquirir conocimientos acerca de la ley de Coulombs y aplicarlos en problemas. 4.1. El módulo del vector fuerza inducido entre dos cargas eléctricas (Ley de Coulombs) C oulombs) 4.2. Ecuación vectorial de la Ley de Coulombs 4.3. Aplicación de la ecuación vectorial de la Ley de Coulombs, a un sistema de carga puntuales puntuales 5. INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO Objetivo: Aplicar los conocimientos sobre el campo eléctrico.
5.1. La interpretación del concepto de intensidad de campo eléctrico 5.2. Las dimensiones y la unidad de intensidad de campo eléctrico 5.3. La aplicación de la intensidad de campo eléctrico o un sistema de cargas concentradas 6. LA LEY VECTORIAL DE COULOMBS DE CAMPO ELÉCTRICO PARA CARGAS DISTRIBUIDAS. Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar la relación entre la ley de Coulombs y la intensidad del campo eléctrico. 6.1. La Ley Vectorial de Coulombs para sistemas de cargas distribuidas 6.2. La ecuación de la intensidad de campo eléctrico para cargas distribuidas 6.3. La intensidad de campo eléctrico inducido por una carga eléctrica uniformemente distribuida, en un filamento que forma círculo, en un punto colocado en el eje del anillo. 6.4. La intensidad de campo eléctrico inducida, por una carga eléctrica uniformemente distribuida, en un filamento recto de longitud L. 6.5. La intensidad de campo eléctrico inducida, por una carga eléctrica uniformemente distribuida, en una superficie esférica. 7. POTENCIAL ELÉCTRICO, DIFERENCIAL DE POTENCIAL Y GRADIENTE DE POTENCIAL. Objetivo: El alumno adelantará en el estudio de la energía mecánica o trabajo, en las unidades de potencia eléctrica y diferencia de potencial. 7.1. La energía mecánica o trabajo, representado por la integral de línea de una fuerza 7.2. Energía desarrollada al mover una carga de un punto a otro, dentro de un campo electrostático. 7.3. Demostración de que el campo electrostático es un campo conservativo.
7.4. La energía potencial electrostática referida a un punto convencional: el infinito 7.5. El potencial electrostático, en un punto del espacio que rodea a un sistema de cargas eléctricas 7.6. Las dimensiones y la unidad del potencial electrostática y superficies equipotenciales 7.7. Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo electrostático 7.8. Potencial electrostático. en un punto de espacio 7.9. El potencial eléctrico inducido en un punto del espacio, por un sistema de cargas distribuido 7.10. Derivada direccional del potencial electrostático. Gradiente de potencial 8. EL CONDENSADOR Y SUS PROPIEDADES ELECTROSTÁTICAS MOVIMIENTO DE CARGAS ELÉCTRICAS EN CAMPOS ELECTROESTÁTICOS Objetivo: El alumno tomará experiencia del concepto condensador y capacidades y movimientos de las cargas eléctricas. 8.1. El concepto de condensador 8.2. La capacidad de un condensador 8.3. La capacidad de un condensador plano y un condensador cilíndrico 8.4. Movimiento de cargas eléctricas entre dos placas paralelas cargas eléctricamente 9. CORRIENTES ELÉCTRICAS. CONCEPTOS GENERALES Objetivo: Estudio de la primera y segunda ley de Ohm y clasificación de las corrientes eléctricas. 9.1. El movimiento térmico de los iones portadores de carga eléctrica 9.2. El movimiento ordenado de los iones portadores de cargas eléctricas, como origen de corrientes eléctricas 9.3. El vector densidad de corriente eléctrica 9.4. La intensidad de corriente eléctrica como integral de superficie de la densidad de corriente eléctrica.
9.5. Clasificación de las corrientes eléctricas por la variación de intensidad 9.6. La corriente directa continua. Su representación gráfica y analítica 9.7. La corriente directa pulsante. Su representación gráfica y analítica 9.8. La corriente alterna. Su representación gráfica y analítica 10. FUERZA ELECTROMAGNÉTICA Objetivo: Iniciar al alumno en el estudio del magnetismo, producido por una diferencia de potencial en un conductor. 10.1. Fuerzas electromagnéticas entre dos elementos de conductor 10.2. El vector de inducción magnética inducido por la corriente de un conductor, líneas magnéticas, espectro magnético. 10.3. El campo magnético inducido por un elemento de conductor 10.4. El campo magnético inducido por una carga eléctrica en movimiento. 11. CAMPOS MAGNÉTICOS INDUCIDOS POR CORRIENTES QUE CIRCULEN POR CONDUCTORES QUE TIENEN FORMA GEOMÉTRICAS Objetivo: El alumno aplicará la inducción magnética producida por un conductor circular y por una bobina. 11.1. El vector de inducción magnética inducido por un conductor de longitud L. 11.2. El vector de inducción magnético inducido por un conductor circular 11.3. El vector de inducción magnético inducido por una bobina larga 12. EL FLUJO MAGNÉTICO. DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO. Objetivo: Que el alumno comprenda los conceptos señalados. 12.1. La densidad de flujo magnético
12.2. El flujo magnético como integral de superficie de la densidad de Flujo magnético 13. FUERZAS ELECTROMAGNÉTICAS Objetivo: El alumno estudiará las fuerzas entre dos cargas concentradas, entre dos conductores en paralelo y un conductor dentro de un campo magnético. 13.1. Fuerzas electromagnéticas entre dos cargas concentradas 13.2. Fuerzas electromagnéticas entre dos conductores paralelos 13.3. Fuerzas electromagnéticas en un conductor dentro de un campo magnético 14.EL 14.EL PRINCIPIO DEL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR Objetivo: Estudiar el comportamiento mecánico y eléctrico de un motor. 14.1. El inductor y el inducido de un motor. Colocación de los conductores en el inducido y el inductor 14.2. La fuerza y el par mecánico inducido en un inductor 14.3. El par en el rotor y el par en la flecha 14.4. La potencia en el rotor y la potencia de la flecha y la potencia de pérdidas 15. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDO EN CONDUCTORES QUE SE MUEVEN EN CAMPOS MAGNÉTICOS Objetivo: Estudiar las leyes de Fadaray y Lenz, y sus aplicaciones. 15.1. Fuerza electromotriz inducida en un elemento de conductor que se mueve en un campo magnético. 15.2. Ley de Lenz 16. EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN GENERADOR ELÉCTRICO Objetivo: Aprender el comportamiento mecánico y eléctrico de un generador eléctrico. 16.1. La semejanza del generador y el motor electrodinámico 16.2. La fuerza electromotriz inducida en el devanado del inducido del generador
16.3. La potencia eléctrica, la potencia mecánica y las pérdidas 17. POTENCIA Y ENERGÍA Objetivo: Adquirir conocimientos en polaridad, consumo de potencia, energía eléctrica y condición de polaridad, y su aplicación. 17.1. Notación de polaridad y corriente eléctrica, subidas y caídas del potencial 17.2. Condiciones de polaridad y corriente en un consumidor de energía eléctrica 18. ELEMENTOS PASIVOS Y ACTIVOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO Y SUS PROPIEDADES Objetivo: El alumno identificará los elementos pasivos y activos de un circuito eléctrico. 18.1. Los elementos pasivos de un circuito eléctrico 18.2. La resistencia 18.3. El condensador 18.4. La inductancia 18.5. Los elementos activos de un circuito eléctrico. 18.6. La fuente de fuerza electromotriz ideal y real. 18.7. La fuente de corriente ideal y real. 19. REDES ELÉCTRICA Objetivo: Conocer y aplicar los conceptos de red, malla, nodo, etc., así como las leyes de Kirchhorff para tensión o voltaje, y la ley de Corriente. 19.1. Definición de red, rama, malla, nudo. etc. 19.2. La ley de voltaje de Kirchhoff 19.3. La ley de corrientes de Kirchhorff 19.4. Solución de redes por la aplicación directa de las leyes de Kirchhoff 19.5. Solución de redes por el método de corrientes circulantes 20. RESISTENCIAS. Objetivo: Conocer el comportamiento de los resistores, así como la variación de su valor y las causas que la originan. 20.1. La resistividad.
20.2. La resistencia de un alambre en función de su resistividad. 20.3. Causas de la variación de la resistividad. 20.4. La variación de la resistencia y resistencia y resistividad en función de la temperatura. 21. PROPIEDADES DE LOS AISLANTES Objetivo: Adquirir los conocimientos de los materiales aislantes, su conductancia, su resistividad, etc. 21.1. Polarización de la materia
21.2. Momento dipolar por unidad de volumen 21.3. Desplazamiento eléctrico 22. PROPIEDADES DE LAS SUBSTANCIAS MAGNÉTICAS Objetivo: Que el alumno conozca los materiales magnéticos, su intensidad y pérdida magnética. 22.1. La intensidad de campo magnético 22.2. Paramagnetismo de campo magnético 22.3. Pérdida de histéresis
METODOLOGÍA
Exposición ante alumnos, estudio de comportamientos físicos mediante
software, tareas y participación de los alumnos en clase.
EVALUACIÓN
Se aplicarán tres evaluaciones durante el semestre, cada una con un peso de 30%, 30% y 40% respectivamente. En cada
evaluación se considerará un examen parcial, entregas de tareas y participación en clase.
BIBLIOGRAFÍA
1. Fundamentos De Electricidad Y Magnetismo, Arthu F. Kip, Mc.GrowHill. 2. Física Tomo I I (en español), Resnick - Halliday – Krane, Compañia Editorial Continental, S. A. de C.V., Versión Ampliada, Cuarta Edición ( en ingles), Tercera Edición (en español ). 3. Física, Tomo II, Raymond A. Serway, Mcgraw - Hill / Interamericana De México S.A. de C.V. 4. Física Universitaria (en español), Novena Edición Tomo Ii, Editorial Addison Wesley Longman De México S.A. de C.V. Francis Sears Zemansky - Young – Freedman, The
Freynman Lectures On Ohysics , Volumen Ii. 5. Física ( Para Ciencias E Ingeniería ) Tomo II, Paúl M. Fishbane, Stephen, Gasiorowicz, Stephen T. Thornton, Prentice - Hall Hispanoamericana S.A. 6. Física General, Tomo II, Douglas C. Giancoli, Prentice Hall Hispanoamericana S. A. 7. Física Moderna Tomo I, Harvey E. White, Editorial Limusa S. A. de C. V.
