(11239) Electricidad-magnetismo y Laboratorio

FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO CIENCIAS FÍSICAS Y TECNOLOGÍA
Código-Materia:
Requisito:
Programa – Semestre:
Período académico:
Intensidad semanal:
Créditos:
11239 - ELECTRICIDAD-MAGNETISMO Y LABORATORIO
PRE: 11238 Física y Laboratorio
COR: 11316 Espacio de Laboratorio de Electricidad y
Magnetismo
Ingenierías: Telemática, Sistemas e Industrial y Química –
Cuarto semestre
Agosto a Noviembre de 2016
5 horas semanales + 2 horas de laboratorio
4
OBJETIVOS
General:
Reconocer el valor científico y tecnológico de la teoría electromagnética y utilizarla para
explicar fenómenos naturales, procesos y funcionamiento de sistemas.
Terminales
1. Reconocer las leyes fundamentales que rigen la interacción electromagnética para
distribuciones de cargas, corrientes estacionarias y campos dependientes del tiempo.
2. Identificar el concepto de energía potencial eléctrica, reconocer su relación con el
potencial eléctrico y calcular la energía almacenada o disipada en dispositivos eléctricos
utilizados en el desarrollo de equipos eléctricos y electrónicos.
3. Explicar el funcionamiento y aplicación de los circuitos eléctricos básicos.
4. Reconocer el espectro electromagnético como un conjunto de ondas electromagnéticas y
sus aplicaciones. reconocer su descripción matemática y su importancia en los ámbitos
científico, tecnológico y médico.
5. Aplicar una metodología para la obtención y recolección de datos experimentales de tal
manera que facilite y valide un posterior análisis para verificar teorías o dar respuesta a
hipótesis planteadas así como obtener sus propias conclusiones frente al fenómeno
estudiado.
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Específicos
De formación académica:
Unidad I
Campo Y Potencial Eléctricos
1. Reconocer el concepto de carga eléctrica y la naturaleza eléctrica de la materia.
2. Establecer la Ley de Coulomb para calcular la fuerza eléctrica sobre una carga puntual
debida a distribuciones de cargas puntuales.
3. Describir el campo eléctrico producido por cargas puntuales y calcular el campo
producido por distribuciones de cargas
4. Describir el movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos uniformes.
5. Establecer la ley de Gauss y calcular el campo eléctrico producido por partículas puntuales
y por distribuciones continuas y simétricas con densidades de carga constantes o
variables.
6. Utilizar la ley de Gauss para describir el comportamiento de los conductores cargados en
equilibrio electrostático.
7. Calcular el potencial eléctrico, la diferencia de potencial eléctrico y la energía potencial
eléctrica en distribuciones de carga.
Unidad II
Circuitos Eléctricos
1. Definir la capacidad eléctrica de algunos sistemas, describir su comportamiento y realizar
cálculos de combinación de capacitores.
2. Describir el comportamiento de condensadores con dieléctricos.
3. Definir la resistencia y resistividad eléctricas y establecer su dependencia con la
temperatura.
4. Describir el comportamiento de resistencias en circuitos de corriente continua.
5. Establecer la ley de Ohm para analizar circuitos eléctricos simples
6. Establecer las leyes de Kirchhoff para analizar circuitos eléctricos complejos
7. Describir el comportamiento de circuitos R C
Unidad III
Campos magnéticos
1. Describir el movimiento de una partícula cargada dentro de un campo magnético
uniforme.
2. Calcular la fuerza magnética sobre corrientes eléctricas.
3. Calcular el campo magnético producido por una corriente eléctrica usando la Ley de
Ampère y la Ley de Biot – Savart.
4. Establecer la ley de Faraday y describir sus aplicaciones
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5. Establecer la relación entre un campo magnético dependiente del tiempo y un campo
eléctrico.
6. Describir el comportamiento en el tiempo de un circuito RL.
7. Calcular la energía almacenada en un campo magnético.
Unidad IV
Campos Electromagnéticos
1. Describir el comportamiento en el tiempo de un circuito LC y RLC
2. Establecer la ley de Ampere-Maxwell y calcular corrientes de desplazamiento.
3. A partir de las ecuaciones de Maxwell obtener la ecuación de onda de las ondas
electromagnéticas y reconocer su significado físico.
4. Describir matemáticamente el movimiento ondulatorio
5. Calcular la solución de ondas planas para la ecuación de onda de las ondas
electromagnéticas
6. Calcular la energía y el momentum transportados por las ondas electromagnéticas
7. Describir el espectro electromagnético y las propiedades de las ondas electromagnéticas
COMPONENTE EXPERIMENTAL
El componente experimental consiste en la realización de 12 experimentos, algunos de
característica cerrada y otros abiertos, cuyo propósito es reforzar los aspectos teóricos del curso y
profundizar y percibir el valor científico y tecnológico de la teoría electromagnética.
El trabajo en el laboratorio se realiza en grupos de dos estudiantes, no se permite grupos con más
de tres integrantes.
Es indispensable que los estudiantes estudié con antelación a la práctica el material y guía de
laboratorio. La planeación del curso está alineada con los aspectos teóricos relacionados con cada
práctica. Al inicio de cada sesión de laboratorio podrá realizarse una verificación de estudio y de
preparación a la práctica.
De formación en valores y capacidades:
Al terminar el curso cada estudiante habrá tenido la oportunidad de reflexionar sobre los
siguientes valores, así como de desarrollar estas capacidades:

El aprendizaje activo en el desarrollo del curso establece y promueve los valores de
responsabilidad y curiosidad intelectual, fortaleciendo así, la capacidad de desarrollar un
pensamiento crítico y sistemático.

El estudiante desarrolla la autonomía suficiente para cumplir con los compromisos
establecidos en el curso, de igual forma estará en la capacidad de solucionar problemas,
tomar decisiones, investigar y lograr un aprendizaje individual permanente.
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
El estudiante estará en la capacidad de reconocer sus debilidades y fortalezas a lo largo del
curso, de tal forma que a partir de la retroalimentación positiva dentro de los contenidos
del programa, este pueda alcanzar los logros y metas propuestas para cumplir con los
objetivos del curso.

El estudiante estará en la capacidad de tolerar, valorar y respetar la autonomía del
entorno durante el desarrollo de clase, de acuerdo a la metodología aplicada al proceso de
aprendizaje durante el curso.
METODOLOGÍA
La metodología del curso ese basa en el proceso enseñanza-aprendizaje activo, donde se busca la
mayor participación posible de los estudiantes en la construcción de su conocimiento científico. En
el curso hay siempre un texto guía que los estudiantes consultan y siguen en él los avances del
mismo. El desarrollo de cualquier capítulo tiene en general los siguientes pasos: En primer lugar
los estudiantes deben leer el capítulo, realizar los ejemplos que presenta el texto y presentar una
discusión de este material en clase. Luego el profesor hace un resumen de los aspectos más
importantes del capítulo y asigna las preguntas y problemas correspondientes, por último el
profesor responde inquietudes e indica la forma de resolver los problemas y cuestiones que los
estudiantes hayan encontrado.
Actividades del estudiante
Antes de la clase:
Antes de la clase el estudiante debe traer preparado el material de estudio y demás actividades de
aprendizaje sugeridas por el docente. Con ello para facilitar los espacios de discusión durante
clase.
Durante la clase:
Durante la clase, el estudiante plantea la discusión que preparó acerca de los temas de la clase, de
tal forma que se abre un espacio de discusión, donde se aclaran los conceptos, se resuelven dudas,
se proponen problemas de aplicación y de esta forma se va elaborando el esquema general del
tema a estudiar y permitiendo abrir nuevas fronteras del conocimiento sobre las aplicaciones e
importancia de la teoría electromagnética.
Después de la clase:
Se proponen talleres y ejercicios para resolver por fuera de la clase, de tal forma que el estudiante
haya comprendido y alcanzado los objetivos propuestos de la clase presencial. También se
proponen lecturas sobre la parte conceptual y física del tema a tratar en la clase siguiente. El
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estudiante debe estar comprometido en realizar los talleres y preparar las lecturas sugeridas y
demás actividades de aprendizaje.
EVALUACIÓN
Para el componente teórico se realizan tres parciales cuyos porcentajes están establecidos así:
Exámenes
Porcentaje
Unidades a Evaluar
Semana de realización
Evaluación parcial No 1
Evaluación parcial No 2
Evaluación parcial No 3
Verificaciones de estudio
y tareas
28%
28%
28%
16%
Unidad 1 y 2
Unidad 2 y 3
Unidad 4
Semana 7
Semana 12
Semana 17
En los exámenes parciales, es posible que se incluya temas y conceptos tratados en la componente
práctica de laboratorio.
Si el estudiante obtiene una nota inferior a 3.0 en la componente teórica, el laboratorio no se
tendrá en cuenta para la nota definitiva, dando como resultado la perdida de la materia.
Si el estudiante obtiene una nota de 3.0 o superior a esta en la componente teórica, los
porcentajes para calcular la nota definitiva son los siguientes:
Nota Componente Teórica
75%
Experiencia de Laboratorio
25%
Nota Definitiva
100%
Para aprobar la materia la Nota Definitiva debe ser mayor o igual a 3.0. (Tenga en cuenta que es
posible que pierda la materia si en la componente de laboratorio obtiene una nota muy baja a
pesar que haya ganado la componente teórica)
El profesor del componente teórico informara sobre el resultado de cada componente y el
resultado global del curso en una sesión acordada con los estudiantes en la semana 18 del
presente semestre.
BIBLIOGRAFÍA
- FÍSICA para ingeniería y ciencias, Volumen 2, W. Bauer y G. D. Westfall, Mc Graw Hill,
México D. F., 2011
REFERENCIAS
- Física para Ciencias e Ingeniería – Volumen II, Serway – Jewet., Séptima Edición,
Cengage Learning Editores, S. A., México D.F., 2009.
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-
Física Universitaria volumen 2, Sears – Zemansky – Young‐ Freedman, Addison –
Wesley Longman, México D.F. 1999
MATERIA :
PLANEACIÓN PARA:
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Agosto a diciembre de 2016
COMPONENTE
EXPERIMENTAL
COMPONENTE TEÓRICA
Campo y Potencial Eléctricos
UNIDAD
1
TEMAS
ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN
Carga eléctrica, naturaleza eléctrica de la
Numerales 21.1 a 21.4
materia y ley de Coulomb
SESIÓN
CLASE
1
Aplicaciones de la ley de Coulomb
Numerales 21.5 , 21.6 y práctica
para resolución de problemas
2
Campo eléctrico y cálculo de campos
eléctricos debidos a cargas puntuales,
dipolos y distribuciones de carga
Numerales 22.1 a 22.6
3
Ley de Gauss y cálculo de campos eléctricos
Numerales 22.7 a 22.9 y práctica
debidos a distribuciones continuas de carga
para resolución de problemas
con alta simetría
4
Energía potencial eléctrica y potencial
eléctrico
Numerales 23.1 a 23.3 y 23.6
5
Cálculo del potencial eléctrico en
distribuciones continuas de carga
Numerales 23.4
6
Relación entre campo y potencial eléctricos Numeral 23.5
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7
SESIÓN LABORATORIO
Semana 1: Experimentos
demostrativos de
Electrostática
Semana2: Experimentos
Electrostática (Jaula de
Faraday)
Semana 3: Instrumentos
de medición eléctrica
Parte 1. (Incertidumbre,
exactitud) , (Corriente y
voltaje )
Semana 4: Líneas
Equipotenciales (Medición
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Taller y cierre de la unidad
Circuitos Eléctricos
UNIDAD
2
Campos
Magnéticos
UNIDAD
3
TEMAS
Revisar notas y analizar
problemas
ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN
)
8
SESIÓN
CLASE
Capacitancia y capacitores
Numerales 24.1 a 24.5
9
Combinación de capacitores
Numerales 24.6 , 24.9 y práctica
para resolución de problemas
10
Corriente, resistencia y ley de Ohm
Numerales 25.1 a 25.4
11
Combinación de resistores
Numerales 25.5 a 25.8 y práctica
para resolución de problemas
12
Taller de la unidad
Problemas asignados
13
Evaluación parcial No 1 (Unidad 1 y 2)
Revisar notas y analizar
problemas
14
Leyes de Kirchhoff
Numerales 26.1 a 26.4
15
Circuito RC
Numerales 26.5 y práctica para
resolución de problemas
16
ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN
SESIÓN
CLASE
TEMAS
Semana 5: Líneas
Equipotenciales
(Modelamiento y análisis)
Semana 6:
Condensadores
Semana 7: Ley de Ohm
Campo magnético y fuerza magnética sobre
Numerales 27.1 a 27.3
cargas en movimiento
17
Fuerza magnética sobre un conductor por el Numerales 27.4 a 27.7 y práctica
que circula una corriente
para resolución de problemas
18
Ley de Biot-Savart y cálculo de campos
magnéticos debidos a distribuciones de
corriente
Numerales 28.1 y 28.2
19
Ley de Ampere, cálculo de campos
magnéticos debidos a distribuciones de
corriente con simetrías particulares y
naturaleza magnética de la materia
Numerales 28.3 a 28.7 y práctica
para resolución de problemas
Electricidad-Magnetismo y Laboratorio
SESIÓN LABORATORIO
Semana 8: Potencial
eléctrico en conductores
SESIÓN LABORATORIO
Semana 9: Ley de Kirchoff
Parte 1
Semana 10: Ley de
Kirchoff Parte2
20
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Ley de inducción de Faraday, generadores y
Numerales 29.1 a 29.5
motores
Inductancia, autoinductancia y circuito RL
Taller de la unidad
Problemas asignados
23
Evaluación parcial No 2 (Unidad 2 y 3)
Revisar notas y analizar
problemas
24
TEMAS
y
de
Semana 11: Circuito RC
Numerales 29.6 a 29.10
práctica para resolución
problemas
UNIDAD
4
Campos Electromagnéticos
21
ACTIVIDAD DE PREPARACIÓN
22
SESIÓN
CLASE
Circuitos LC y RLC
Numerales 30.1 a 30.5
25
Energía en circuitos AC
Numerales 30.6 a 30.8 y práctica
para resolución de problemas
26
Ley de Faraday-Henry, Ley de AmpèreMaxwell y ecuaciones del campo
electromagnético
Numerales 31.1 a 31.3
27
Movimiento ondulatorio
Numerales 15.1 a 15.4
28
Ondas electromagnéticas planas y energía
transportada por una onda
electromagnética
Numerales 31.4
29
Cantidad de movimiento, presión de
radiación
Numerales 31.5
30
Ondas electromagnéticas en una antena
Numerales 31.6 y 31.7
Taller de la unidad
Problemas asignados
Evaluación parcial No 3 (Unidad 4)
Revisar notas y analizar
problemas
Electricidad-Magnetismo y Laboratorio
Semana 12: Líneas de
campo magnético
(Brújulas)
31
32
SESIÓN LABORATORIO
Semana 13: Medición de
Campo magnético
Semana 14: Fenómeno de
Inducción
electromagnética
Semana 15: Práctica
abierta
Semana 16: Socialización
de notas laboratorio
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