Fir 315-2017 Programa

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE FÍSICA III CICLO II/ 2017. I.

IDENTIFICACIÓN

CODIGO DE ASIGNATURA

: FIR 315.

PRERREQUISITO

: FÍSICA II.

UNIDADES VALORATIVAS

: 4.

POBLACIÓN

: ESTUDIANTES DE INGENIERÍA. INGENIERÍA.

DURACIÓN

: 17 SEMANAS.

COORDINADOR DE CÁTEDRA

: Ing. Carlos Magno Herrera Mancía.

COORDINADOR DE DISCUSIÓN DE PROBLEMAS

: Ing. Salvador Atilio Paniagua.

COORDINADOR DE LABORATORIO

: Ing. Mario Arturo Hernández.

PROFESORES

: Msc. Mario Ernesto Martínez Flores.

Ing. Mario Alberto Monge Ramos. II.

INTRODUCCIÓN

Este curso está diseñado para proporcionar a los estudiantes de las carreras de Ingeniería los conocimientos básicos de de la Física Física en las las áreas de electricidad y magnetismo, necesarios para su formación profesional. Los contenidos forman parte de la Teoría Electromagnética al nivel adecuado para la base de conocimientos conocimientos comunes comunes que faciliten faciliten al estudiante estudiante o al futuro ingeniero ingeniero la comprensión comprensión de fenómenos naturales y el análisis de problemas científicos o tecnológicos de interés en su profesión. El desarrollo de la tecnología en los campos de la electrónica, la electromecánica, la informática, etc., exige de los ingenieros un conocimiento consistente del electromagnetismo. III.

OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

a) Proporcionar al estudiante una base científica para la comprensión de los fenómenos eléctricos y magnéticos que se presentan en la naturaleza. b) Desarrollar habilidades y destrezas en el estudiante estudiante para comprender, analizar y resolver problemas teóricos o prácticos, que traten sobre electricidad y magnetismo. c) Capacitar al estudiante en el manejo de equipo de laboratorio e instrumentos de medición, en la toma de datos y en el análisis e interpretación de éstos.

UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

1

IV.

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL CURSO

El curso se desarrolla en ocho unidades, así: UNIDAD I II III IV V VI VII VIII

CONTENIDO Carga eléctrica y Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Ley de Gauss. Potencial eléctrico. Capacitores y dieléctricos. Corriente eléctrica y circuitos eléctricos. Campo magnético. Inducción electromagnética. Circuitos de corriente alterna.

En las primeras cuatro unidades se estudian los fenómenos relacionados con la naturaleza eléctrica de la materia, las interacciones entre cargas eléctricas estáticas, se definen cualitativamente y operacionalmente campo eléctrico y potencial eléctrico, además se desarrolla la teoría para el cálculo del campo y el potencial eléctrico para diferentes distribuciones de carga eléctrica. Finalmente se analiza el comportamiento de los materiales dieléctricos en presencia de campos eléctricos. En las unidades restantes, se considera a las cargas en movimiento, se define la corriente eléctrica, resistencia eléctrica y campo magnético; se analiza la inducción electromagnética y los circuitos de corriente directa y alterna con dispositivos resistivos, capacitivos e inductivos. V.

METODOLOGÍA

La metodología del proceso enseñanza-aprendizaje a seguir en este curso comprende las siguientes actividades: Clase Expositiva, sesión de Discusión de problemas, Sesión de Laboratorio y la Evaluación. V.1 Clase Expositiva. Tiene como objetivo facilitar al estudiante el estudio de los diferentes temas. En esta actividad el profesor desarrollará los contenidos programáticos fomentando la participación de los estudiantes mediante preguntas, prácticas demostrativas y destacando la importancia de la investigación bibliográfica para la consolidación y ampliación de los temas. Las clases expositivas se realizarán en dos sesiones semanales, de 100 minutos de duración según horarios establecidos. V.2

Sesión de Discusión de Problemas.

Se realizarán cada semana, en horarios y grupos establecidos, con una duración de 100 minutos. El estudiante dispondrá con la debida anticipación de una guía de discusión. Esta actividad tiene como objetivo reforzar los conocimientos teóricos impartidos en clases y capacitarlo para que los aplique en la resolución de problemas. Tiene dos partes. La primera, en un tiempo máximo de 40 minutos, el docente hará una introducción del tema y resolverá uno o dos problemas indicados en la guía y el estudiante tendrá oportunidad de hacer preguntas al docente. En la segunda parte de la discusión, a los estudiantes se les hará participar a través de preguntas directas y de problemas asignados en un plan de la guía de discusión. La participación en algunas de estas discusiones será evaluada individualmente tanto con preguntas como con problemas y en otras será evaluadas colectivamente (4 o 5 estudiantes por mesa), sin apuntes, bajo la supervisión del docente. Se exceptúan de la metodología descrita las discusiones (14) y (15). (Ver calendarización). La discusión (15) se desarrollará en clase. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

2

V.3 Sesión de Laboratorio. Los objetivos de esta actividad son el verificar experimentalmente teorías, leyes, principios o reglas del electromagnetismo y capacitar al estudiante en el manejo de equipo eléctrico básico de laboratorio. Se realizarán 7 laboratorios, en horarios y grupos establecidos para tal fin. Cada práctica de laboratorio tendrá una duración de 100 minutos en los cuales los alumnos trabajarán en mesas integradas por cuatro personas como máximo.Contarán anticipadamente con una guía de laboratorio, en base a la cual se desarrollará la práctica. Esta actividad se evaluará como se describe en la sección V.4. Los laboratorios a realizar son los siguientes: L1: Código de colores, el óhmetro, el voltímetro y fuente de corriente directa. L2: Amperímetro y fuente de corriente directa. L3: Determinación experimental de líneas equipotenciales y de campo eléctrico. L4: Capacitancia. L5: Reglas de Kirchhoff. L6: Osciloscopio y generador de señales. L7: Determinación de la constante de tiempo capacitiva. V.4 Evaluación. i) Exámenes escritos individuales. Se realizarán siete; 4 exámenes de discusión de problemas individuales y 3 exámenes parciales. Cada examen podrá consistir en preguntas teóricas de cuestionario, de opción múltiple y de la solución de ejercicios sobre los tópicos relacionados a las unidades correspondientes. En la siguiente tabla se muestran, en su orden cronológico, los exámenes individuales con el porcentaje de la nota de ciclo, la duración en tiempo de cada examen y los contenidos. Examen (E) ED1 EP1 ED2 EP2 ED3 ED4 EP3

% nota de ciclo 5 14 6 16 7 8 19

Duración ( min) 50 100 50 100 50 50 100

Contenido o Unidad 1.1 a 2.4 II III 3.6 a 3.9 y IV V VI VII y VIII

(ED1, ED2, ED3 y ED4 son los exámenes de discusión; EP1, EP2 y EP3 son exámenes parciales) ii) En la actividad de discusión. La participación del estudiante en esta actividad tiene una ponderación de 10% de la nota de ciclo. La participación podrá ser de tipo individual o colectiva. En la individual, y de acuerdo a la calidad de la participación de cada estudiante, éste se hará acreedor de una nota en el intervalo de 1.0 mínima y de 10.0 máxima. En el desarrollo de las actividades de discusión, cinco serán de participación colectiva, evaluadas en grupos de trabajo (3 a 5 estudiantes) mediante examen escrito y calificadas con notas entre 0.1 y 10.0. Las notas de participación sean por participación individual (I) o de participación colectiva (C) tiene igual ponderación. El cálculo de la nota promedio de participación será determinado por la cátedra apoyándose en el análisis estadístico que proporciona el sistema de cómputo, al final del ciclo. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

3

iii) Laboratorios. Se realizarán siete laboratorios en las fechas indicadas en la calendarización (ver última página) y la nota promedio de éstos tiene una ponderación total del 15% de la nota del ciclo. La nota promedio de los laboratorios es el promedio de 5 notas: la primera nota, L12 se obtiene computando la asistencia a L1 y a L2 (10% c/u) y un sólo examen individual práctico (80%), esto constituirá una sola nota L12. Las siguientes 4 notas corresponden a L3, L4, L5 y L7 evaluados mediante un examen individual, previo al laboratorio y un reporte de laboratorio que el grupo entregará al final de cada actividad o según lo indique el instructor. El examen previo tendrá una duración de 10 min y un valor del 40 % de la nota del respectivo laboratorio, y el reporte 60%. El L6 no será evaluado pero es muy importante su realización como prerrequisito para la ejecución del laboratorio N°7. iv) Nota de ciclo NC. Se calculará de la siguiente forma: NC = 0.05 ED1+0.14 EP1+0.06 ED2+0.16 EP2+0.07 ED3+0.08 ED4+0.19 EP3+0.15 L+0.10 D

Donde: ED1, ED2, ED3, ED4: Notas de exámenes de discusión individuales. EP1, EP2, EP3: Notas de exámenes parciales. L: Media aritmética de notas de laboratorios. D: Nota por participación en discusión. v) Evaluaciones diferidas y repetición de exámenes. Las evaluaciones diferidas y repetición de exámenesse realizarán en las fechas que oportunamente indique la cátedra y se ajustarán al reglamento de evaluación de la Universidad. vi) Examen de suficiencia. Aquellos estudiantes cuya nota de ciclo sea de 5.0 a 5.9, tendrán derecho a realizar un examen de suficiencia que evaluará la totalidad de los contenidos cubiertos en el ciclo. La nota de este examen se promediará con la nota de ciclo (NC), y el promedio sustituirá a ésta. VI.

CONTENIDO PROGRAMÁTICO

UNIDAD I. CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Comprenda la naturaleza eléctrica de la materia y la interacción electrostática entre cargas 2. Defina y aplique la Ley de Coulomb. CONTENIDO. 1.1 Carga eléctrica. 1.2 La carga eléctrica está cuantizada. 1.3 Conservación de la carga. 1.4 Conductores y aislantes. Carga por frotamiento, contacto e inducción. 1.5 Ley de Coulomb. 1.5.1 Ley de Coulomb: forma vectorial. Principio de superposición. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

4

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta unidad el estudiante podrá: 1. Explicar las características principales de la carga eléctrica e identificar los diferentes tipos decarga, así como describir sus interacciones. 2. Explicar y presentar ejemplos acerca de las propiedades de cuantización y conservación de la carga eléctrica. 3. Clasificar los materiales según la capacidad de los electrones de fluir a través de ellos, en: Conductores y aislantes. 4. Explicar los métodos de carga electrostática: Frotamiento, contacto e inducción. 5. Explicar qué es un cuerpo aterrizado eléctricamente, polarización, tanto a nivel macroscópico como a nivel molecular y dar ejemplos. 6. Enunciar e interpretar la Ley de Coulomb. 7. Enumerar las características de la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales. 8. Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. 9. Calcular la fuerza sobre una carga puntual producida por un conjunto de cargas puntuales. 10. Explicar lo que establece el principio de superposición aplicado a las fuerzas eléctricas. UNIDAD II. CAMPO ELÉCTRICO. LEY DE GAUSS. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Comprenda el concepto de campo eléctrico. 2. Sepa describir el campo eléctrico por medio de líneas de campo eléctrico. 3. Defina y aplique la Ley de Gauss. CONTENIDO. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12.

Campos escalares y vectoriales. Campo eléctrico. Campo eléctrico de cargas puntuales. Principio de superposición. Dipolo eléctrico. Líneas de campo eléctrico. Una carga puntual en un campo eléctrico. Dipolo en un campo eléctrico Campo eléctrico de distribuciones continuas de carga El flujo de un campo vectorial. El flujo de un campo eléctrico. Ley de Gauss. Aplicaciones de la ley de Gauss. Ley de Gauss y los conductores.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta unidad el estudiante podrá: 1. Definir el concepto de campo en general y el de campo eléctrico en particular. 2. Determinar el vector de campo eléctrico en un punto cuando es producido por: a. Una carga puntual. b. Un sistema de cargas puntuales, dipolo eléctrico. c. Una distribución lineal de carga: Infinita, finita y circular. d. Una distribución superficial de carga: Plana e infinita y en forma de disco. e. Una distribución volumétrica de carga. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

5

3. Describir el movimiento de una carga en un campo eléctrico uniforme. 4. Calcular el torque sobre un dipolo colocado en un campo eléctrico uniforme y la energía potencial almacenada o cedida por el sistema dipolo-campo. 5. Definir el momento dipolar eléctrico de un dipolo. 6. Definir los conceptos de: a. Líneas de un campo eléctrico, densidad de líneas de campo eléctrico. b. Flujo de campo eléctrico. 7. Encontrar el flujo de campo eléctrico sobre una superficie abierta o cerrada. 8. Enunciar y deducir la ley de Gauss. 9. Encontrar el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada considerando la carga neta encerrada por la superficie. 10. Aplicar la ley de Gauss, seleccionando una superficie gaussiana adecuada, para determinar en los casos siguientes: a. El campo eléctrico en un punto, producido por una distribución simétrica de carga. b. El campo eléctrico en un punto interior o exterior a un conductor cargado. c. La distribución de carga eléctrica en un material conductor en condiciones electrostáticas. UNIDAD III. POTENCIAL ELÉCTRICO. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Enuncie y aplique, en pequeños sistemas electrostáticos, los conceptos de trabajo, energía potencial en un campo electrostático y potencial eléctrico. 2. Establezca semejanzas y diferencias entre campo y potencial eléctrico. 3. Conozca las propiedades que relacionan al campo eléctrico con el potencial eléctrico. CONTENIDO. 3.1. Energía potencial eléctrica. Energía potencial de un sistema de cargas puntuales. 3.2. El potencial eléctrico. 3.3. Cálculo del potencial a partir del campo. 3.4. El potencial debido a una carga puntual. 3.5. Potencial debido a un conjunto de cargas puntuales. El potencial generado por un dipolo eléctrico. 3.6. El potencial eléctrico de las distribuciones de carga continua. 3.7. Cálculo del campo a partir del potencial. 3.8. Superficies equipotenciales. 3.9. El potencial de un conductor cargado y aislado. 0BJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta Unidad el estudiante podrá: 1. Calcular la energía potencial eléctrica de un sistema de cargas puntuales. 2. Al mover una carga entre dos puntos dentro de un campo eléctrico; definir y calcular: a. El trabajo realizado b. La energía potencial almacenada o cedida. c. La diferencia de potencial entre dos puntos. 3. Definir y calcular el potencial eléctrico en un punto, dentro de un campo eléctrico. 4. Calcular el potencial en un punto, producido por las siguientes distribuciones de carga: a. Una carga puntual. b. Un conjunto de cargas puntuales. Dipolo eléctrico. c. Una distribución lineal uniforme, rectilínea y en forma de anillo. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

6

d. Una distribución superficial uniforme, y en forma de disco. e. En el interior, en la superficie exterior de cuerpos de las siguientes formas: Esfera maciza, esfera hueca, cascarón esférico, cilindro macizo y cilindro hueco. 5. Definir y graficar las superficies equipotenciales de algunas distribuciones de carga eléctrica. 6. Definir y calcular el campo eléctrico como el negativo del gradiente de potencial. 7. Explicar lo que ocurre cuando un excedente de carga se coloca en un conductor aislado eléctricamente neutro o cuando este se sitúa en un campo eléctrico uniforme. UNIDAD IV. CAPACITORES Y DIELÉCTRICOS. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Explique el concepto de capacitor, capacitancia y que pueda calcular la capacitancia de algunos capacitores, y de arreglos de capacitores. 2. Explique donde se almacena la energía en un capacitor. 3. Conozca los materiales dieléctricos y como afectan a los capacitores al introducirlos en ellos. CONTENIDO. 4.1. Capacitores. Capacitancia. 4.2. Cálculo de la capacitancia. 4.3. Capacitores en serie y en paralelo. 4.4. Almacenamiento de energía en un campo eléctrico de un capacitor. Densidad de energía 4.5. Capacitor con dieléctrico. 4.6. Dieléctricos: Un examen atómico. 4.7. Los dieléctricos y la ley de Gauss. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta Unidad, el estudiante podrá: 1. Describir el capacitor en general y definir la capacitancia como una propiedad fundamental de este. 2. Establecer la relación entre la capacitancia, carga y diferencia de potencial entre las placas de un capacitor. 3. Calcular la capacitancia en función de sus dimensiones, de un capacitor: a. De placas paralelas. b. Esférico. c. Cilíndrico, y demostrar que la capacitancia de un capacitor depende de su geometría. 4. Calcular la capacitancia equivalente de un arreglo de capacitores conectados en serie o en paralelo. 5. Calcular la energía eléctrica total almacenada en el campo eléctrico de un capacitor y la densidad de energía o en un sistema de capacitores. 6. Explicar en forma cualitativa lo que le ocurre a una muestra de material dieléctrico, si es colocado en una región donde existe un campo eléctrico uniforme. 7. Calcular el potencial, el campo eléctrico, la carga libre y la energía almacenada en un capacitor después de introducir un dieléctrico, cuando se mantiene la fuente de tensión utilizada para cargarlo o cuando se quita dicha fuente antes de introducir el material dieléctrico. 8. Aplicar la ley de Gauss a un capacitor con dieléctrico y establecer una relación entre la carga superficial inducida y la carga libre.


7

UNIDAD V. CORRIENTE ELÉCTRICA Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Describa en qué consiste la corriente eléctrica. 2. Enuncie y aplique la ley de Ohm y los conceptos de resistividad, conductividad y resistencia eléctrica. 3. Explique las características de los arreglos de resistencias en serie y paralelo en circuitos eléctricos. 4. Enuncie y aplique las reglas de Kirchhoff. CONTENIDO. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9. 5.10. 5.11.

Corriente eléctrica. Densidad de corriente. Velocidad de arrastre o deriva. Resistencia, resistividad y conductividad. Variación de la resistividad con la temperatura. La ley de Ohm. Materiales óhmicos y no óhmicos. Transferencias de energía en un circuito eléctrico. Fuerza electromotriz. Cálculo de la corriente en un circuito cerrado simple.Segunda ley de Kirchhoff. Resistencia interna de una fuente de fuerza electromotriz. Diferencias de potencial. Resistores en serie y paralelo. Circuitos de mallas múltiples. Primera ley de Kirchhoff. Circuitos RC.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta unidad, el estudiante podrá: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Definir o explicar los conceptos de: corriente eléctrica, densidad de corriente, conductividad, resistividad, resistencia, fuerza electromotriz y circuito eléctrico. Calcular la corriente que fluye en un conductor para una densidad de corriente constante y variable. Calcular la resistencia eléctrica de un material conductor en función de su longitud, resistividad y área de sección transversal; cuando el campo eléctrico en el conductor es uniforme. Calcular el valor del campo eléctrico en el interior de un conductor en función de la densidad de corriente y de la conductividad en dicho conductor. Explicar la variación de la resistividad del cobre con la temperatura y definir el coeficiente promedio de temperatura de la resistividad. Calcular la potencia eléctrica proporcionada por una fuente de fem ideal o real y la disipada en una resistencia, en función de la corriente, la tensión y la resistencia. Utilizando las leyes de Kirchhoff y la ley de Ohm, calcular la corriente y el voltaje en un elemento de un circuito resistivo con fuente ideal o de fuente con resistencia interna. Calcular la resistencia equivalente de un arreglo de resistencias conectadas en serie, en paralelo y en combinación serie paralelo. Resolver circuitos simples que contengan capacitores, para analizar la carga y descarga del capacitor.


8

UNIDAD VI. CAMPO MAGNÉTICO. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Explique los conceptos de campo magnético y fuerza magnética. 2. Conozca y explique los métodos para calcular el campo magnético y la fuerza magnética. CONTENIDO. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 6.10. 6.11.

El campo magnético. La fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Fuerza de Lorentz. Cargas circulantes. La fuerza magnética sobre un alambre portador de corriente. El par en una espira de corriente. El dipolo magnético. La ley de Biot-Savart. Aplicaciones de la ley de Biot-Savart. Las líneas del campo magnético. Dos conductores paralelos.Campos y fuerzas. Ley de Ampère. Solenoides y toroides.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta unidad el estudiante podrá: 1. Definir, describir e interpretar físicamente el campo magnético. 2. Calcular la fuerza magnética producida por un campo magnético sobre una carga en movimiento. 3. Relacionar la masa, velocidad, frecuencia, radio y campo magnético cuando una carga penetra a una región donde existe un campo magnético y describe una trayectoria circular. 4. Calcular la fuerza magnética producida por un campo magnético sobre un conductor rectilíneo o curvilíneo por el que fluye una corriente eléctrica. 5. Calcule el torque que un campo magnético ejerce sobre una espira plana y sobre una bobina, cuando conduce una corriente eléctrica. 6. Definir y calcular el momento dipolar magnético de una espira de N vueltas, sección transversal A, por la que circula una corriente i. 7. Utilizando la Ley de Biot-Savart, calcular el vector campo de inducción magnética en un punto situado: a. A una distancia r de un alambre recto de longitud infinita o finita, por el que circula una corriente. b. En el eje de una espira circular y plana que conduce una corriente. 8. Calcular la fuerza magnética por unidad de longitud entre dos conductores rectilíneos, muy largos y paralelos, por los que fluyen corrientes eléctricas iguales o de diferente magnitud en el mismo sentido u opuestas o determinar el campo magnético en un punto o regiones dadas. 9. Enunciar, interpretar y aplicar la Ley de Ampère. 10. Utilizar la Ley de Ampère para calcular el campo magnético en un punto situado: a. Fuera y dentro de un alambre conductor y de un cable coaxial. b. En el interior de un solenoide. c. En el interior de un toroide.


9

UNIDAD VII. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. 2. 3. 4.

Conozca y aplique la ley de inducción de Faraday y la ley de Lenz. Explique el concepto de inductancia. Analice y explique los circuitos RL. Explique cómo se almacena energía en un campo magnético.

CONTENIDO. 7.1. Los experimentos de Faraday. 7.2. La ley de inducción de Faraday. 7.3. Ley de Lenz. 7.4. Fuerza electromotriz de movimiento. 7.5. Campos eléctricos inducidos. 7.6. La ley de Gauss aplicada al magnetismo. 7.7. Inductancia. 7.8. Cálculo de la inductancia. 7.9. Circuitos LR. 7.10. Almacenamiento de energía en un campo magnético.La densidad de energía y el campo magnético. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta Unidad el estudiante podrá: 1. 2. 3. 4.

Explicar los experimentos de Faraday de la inducción electromagnética. Definir el concepto de flujo magnético y calcularlo a través de una superficie abierta o cerrada Enunciar e interpretar la ley de Faraday. Usando la ley de Lenz, determinar el sentido de la fem inducida y la corriente inducida en diferentes condiciones entre el campo magnético y las espiras. 5. Usando la ley de Faraday, Calcular la fem inducida en una bobina por un campo magnético, cuando la bobina está en movimiento respecto al campo. 6. Describir cómo un campo magnético variable con el tiempo induce un campo eléctrico. 7. Enunciar y explicar la ley de Gauss para el magnetismo. 8. Definir y calcular la inductancia de una bobina, de un solenoide y de un toroide, en función de sus dimensiones. 9. Calcular la inductancia equivalente de un arreglo serie, paralelo y combinado de bobinas. 10. Describir el comportamiento de un circuito serie RL, calcular la corriente y la fem inducida en la bobina. 11. Calcular la energía almacenada en un inductor y la densidad de energía en un campo magnético. UNIDAD VIII. CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA. OBJETIVOS GENERALES: Que el estudiante: 1. Conozca las características de tensiones y corrientes sinusoidales. 2. Relacione la tensión y la corriente en circuito de corriente alterna. 3. Conozca el principio de funcionamiento del transformador. CONTENIDO. 8.1. Corrientes alternas. 8.2. Circuito resistivo de una sola malla. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

10

8.3. Circuito inductivo de una sola malla. 8.4. Circuito capacitivo de una sola malla. 8.5. Circuito RLC de una malla simple. 8.6. Potencia en los circuitos de corriente alterna. 8.7. El transformador. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Al finalizar esta unidad, el estudiante podrá: 1. Describir matemáticamente una tensión sinusoidal, especificando amplitud, frecuencia, frecuencia angular, argumento y constante de fase (o ángulo de fase). 2. Encontrar la relación entre la tensión y la corriente, hacer un diagrama fasorial de dichas magnitudes para los casos siguientes. a. Un circuito resistivo puro, capacitivo puro, inductivo puro. b. Circuito serie RLC. 3. Calcular la potencia instantánea y media en función de los valores eficaces de la tensión y la corriente para un circuito de corriente alterna. 4. Describir el funcionamiento del transformador y resolver problemas sencillos. VII. BIBLIOGRAFÍA 1. FÍSICA Quinta edición (cuarta edición en español), 2002 volumen 2 Halliday-Resnick-Krane. PATRIA. 2. FÍSICA UNIVERSITARIA Décimo terceraedición, volumen 2, 2013 Sears-Zemansky-Young-Freedman. PEARSON 3. FÍSICA PARA CIENCIA E INGENIERÍA CON FÍSICA MODERNA. Novena edición, volumen 2, 2015 Serway-Jewett. CENGAGE LEARNING. 4. FÍSICA, Vol. 2. Versión Ampliada Cuarta edición (tercera edición en español), 1994 Halliday-Resnick-Krane. CECSA. 5. FÍSICA PARA INGENIERÍA Y CIENCIAS CON FÍSICA MODERNA Segunda edición, 2014. Volumen 2 Bauer – Westfall McGraw-Hill 6. FÍSICA PARA INGENIERÍA Y CIENCIAS Tercera edición, 2009. Volumen 2 Ohanian Hans C.-Markert John T. McGraw-Hill. UCB.FIA.UES. Ing. Carlos Magno Herrera Mancía

11

VIII. CALENDARIZACIÓN FÍSICA III 2017. SEMANA

FECHA

CONTENIDOS

DISCUSI N

LAB

01

07 – 12ago

1.1 ─ 1.5.1

02

14 – 19

2.1 ─ 2.4

D1(1.1 – 1.5.1) (I)

L1

03

21 – 26

2.5- 2.7

D2(2.1 – 2.4)(C)

04

28ago – 2 sept

2.8─ 2.12

D3(2.5 – 2.7)(I)

05

04 – 09

3.1 ─ 3.5

D4(2.8 – 2.12) (C)

06

11 – 16

3.6 ─ 3.9

07

18 – 23

08

EX MENES

L2

ED1 (1.1 – 2.4) 5%

D5(3.1 – 3.5)(I)

EX. L1 y L2

EP1(2.1 - 2.12) 14%

4.1 ─ 4.5

D6(3.6 – 3.9) (I)

L3

25 - 30

4.6 ─ 5.3

D7(4.1 – 4.4) (C)

09

02 oct – 07

5.4 ─ 5.8

D8(4.5 – 4.7) (I)

10

09 – 14

5.9 ─ 5.11

D9(5.1 – 5.8)(I)

11

16 – 21

6.1 ─ 6.5

D10(5.9 – 5.11) (C)

12

23 - 28

6.6 ─ 6.11

D11(6.1 – 6.5)(I)

L5

13

30 oct – 4 nov

7.1 ─ 7.6

D12(6.6 – 6.11) (I)

L6

14

06 – 11

7.7 ─ 7.10

D13(7.1 – 7.6) (C)

L7

15

13 – 18

8.1 ─ 8.7

16

20 – 25

D14(7.7 – 7.10) D15(8.1 – 8.7) (En clase)

17

27 nov – 02 dic

18

04 – 09 dic

19

15-20 Enero 2017

ED2 (3.1-3.9) 6% L4 EP2(3.6 – 3.9 y

4.1-4.7) 16%

ED3(5.1 - 5.11) 7% ED4(6.1 – 6.11) 8%

EP3(7.1 – 8.7) 19%

Ex. de suficiencia

En DISCUSIÓN:(I) es evaluación individual, (C) es evaluación colectiva. ASUETOS: Viernes 15 de septiembre (en semana 6) Jueves 2 de noviembre (en semana13)


12

Fir 315-2017 Programa

Recommend Documents