Física III

Física III
Código: CB330
Créditos: 4
Prerrequisito: Física II (CB320), Cálculo III (CB080)
Profesor: Ramirez Góngora Oscar De Jesus Jaramillo Ayerbe Mauricio Lozano
Zapata Carlos Alberto, Rodriguez Saucedo Luis Alfredo
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Objetivos
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Adquirir una comprensión básica y a nivel clásico de la interacción
electromagnética.
Comprender el concepto de carga eléctrica, sus propiedades y el
papel de la fuerza eléctrica en la estructura microscópica de la
materia (átomos y moléculas)
Determinar la fuerza eléctrica sobre una partícula cargada a partir
de ley de Coulomb y el principio de superposición.
Calcular el campo eléctrico generado por diferentes distribuciones de
cargas puntuales.
Representar, a través de líneas de campo, el campo eléctrico
generado por distribuciones sencillas de carga.
Calcular el campo eléctrico generado por diferentes distribuciones de
carga usando el principio de superposición o la ley de Gauss, según
sea más apropiado.
Reconocer la naturaleza conservativa de la fuerza eléctrica y
aplicarla en problemas de conservación de energía.
Calcular el potencial eléctrico debido a diferentes distribuciones de
carga y representarlo gráficamente mediante superficies
equipotenciales.
Comprender la relación entre el potencial eléctrico y el campo
eléctrico.
Describir el campo eléctrico y el potencial eléctrico de un conductor
en equilibrio electrostático.
Comprender los conceptos de corriente eléctrica, resistencia,
conductividad, resistividad, ley de Ohmn y capacitancia.
Analizar circuitos sencillos usando bien sea las relaciones de serie y
paralelo o las reglas de Kirchhoff.
Calcular la capacitancia de objetos simétricos.
Entender y analizar cuantitativamente los fenómenos de consumo o
almacenamiento de energía eléctrica en diferentes dispositivos
eléctricos.
Identificar la corriente eléctrica como fuente de campo magnético
usando la Ley de Biot-Savart.
Aplicar la ley de Ampére.
Calcular el comportamiento mecánico de cargas en movimiento y
alambres con corriente cuando están en presencia de un campo
magnético o de campos eléctricos y magnéticos.
Comprender el efecto del comportamiento atómico en las
propiedades magnéticas de los materiales.
Reconocer los sistemas en los que hay f.e.m inducida y aplicar la ley
de Faraday para calcular la f.e.m.
Entender el funcionamiento de dispositivos con motores y
generadores aplicando la ley de Faraday.
Reconocer e interpretar las leyes de Maxwell.
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Describir cualitativa y cuantitativamente el comportamiento de
circuitos dependientes del tiempo que incluyen dispositivos como
resistencias, condensadores, inductancias.
Describir cualitativa y cuantitativamente los intercambios,
transformaciones y consumos de energía.
Comprender la naturaleza de las ondas electromagnéticas en
términos del campo electromagnético y como una solución
ondulatoria de las ecuaciones de Maxwell.
Describir la propagación de ondas electromagnéticas en términos de
la energía, la potencia y la intensidad asociada.
Metodologia
Los estudiantes realizan una lectura previa del material a tratarse en
clase, según los contenidos especificados para ésta. En la sesión de
2 horas el profesor hace una explicación de los conceptos teóricos y
realiza ejemplos de aplicación en detalle. También asigna las
lecturas y ejercicios correspondientes, así como trabajos de
investigación y actividades computacionales. Otras actividades
durante la clase incluyen: utilización de material audiovisual (videos,
simulaciones, etc.); demostraciones experimentales en clase,
talleres de solución de problemas y actividades de evaluación.
En cuanto al trabajo experimental, cada estudiante prepara el
material a partir de la guía correspondiente a la práctica antes de
comenzar ésta. Trabajando en grupos de tres a cuatro estudiantes,
durante la sesión de dos horas cada grupo realiza las mediciones
correspondientes y hace un análisis preliminar, mientras el docente
resuelve dudas y al mismo tiempo hace preguntas a los estudiantes.
Después de la práctica, cada grupo presenta un informe detallado
sobre la actividad experimental. Existen también prácticas
experimentales "caseras" que se realizan fuera del laboratorio con
equipo sencillo, pero que se documentan de forma similar a las
anteriores.
Contenido
UNIDAD
CLASE
SEMANA
TEMÁTICA
No.
CONTENIDO DE
LA CLASE
Visión general del
Electromagnetismo.
1
1.
1
Electrostática
PART SIX del texto
PHYSICS The Nature
of things
Carga eléctrica,
2
Aislantes y
conductores, ley de
Coulomb.
http://www.electrostatics3d.com/ Descargar la
versión College Edition y ejecutarla utilizando:
…\Equipotential for college\Examples\Two
Charges.2dd
Cambiar signos y valores de carga. Visualizarlo
en 2D y 3D.
Construir otras configuraciones con cargas
puntuales.
*\Interactive Physics\Ipsonpc\chap23\
*\Interactive Physics\Demo Files\Product
Feature Demos\Electrostatics
Lab 0
Mediciones (grupos A
y B).
3
Concepto de campo
eléctrico, líneas de
campo, principio de
superposición para
distribuciones
discretas y continuas
de carga
4
Flujo Eléctrico y Ley
de Gauss.
Aplicaciones de la
Ley de Gauss.
Conductores en
equilibrio.
LECTURA:
movimiento de cargas
en campos eléctricos.
Lab 1 -A
Introducción a
mediciones eléctricas
5
La fuerza eléctrica es
conservativa.
Potencial eléctrico
diferencia de potencial
y energía potencial
debidos a cargas
puntuales
6
Relación entre el
campo y el potencial
electrostático.
Potencial eléctrico
debido a
distribuciones de
carga continuas y a
conductores cargados
Lab 1 -B
Introducción a
mediciones eléctricas
2
3
7
Capacitancia y
cálculos de
capacitancia.
Energía en
capacitores.
Capacitores en serie y
en paralelo.
4
8
http://www.electrostatics3d.com/ Descargar las
animaciones 5 y 6.
Descargar la versión College Edition y
ejecutarla; construir configuraciones con
distribuciones de carga y visualizar en 3D sus
superficies equipotenciales.
Lab 2 -A
Campo eléctrico y
superficies
equipotenciales.
Capacitores con
dieléctrico. Dipolo en
un campo eléctrico.
descripción atómica
de los dieléctricos.
9
5
http://www.electrostatics3d.com/ Descargar la
versión College Edition y ejecutarla utilizando
los archivos existentes en : …\Equipotential for
college\Examples\
Cambiar signos y valores de carga. Visualizarlo
en 2D y 3D.
Construir otras configuraciones.
6
2. Aplicaciones
a los circuitos
en estado
estacionario
10
Sesión de repaso y
recapitulación.
Lab 2 -B
Campo eléctrico y
superficies
equipotenciales.
11
Sesión de repaso y
recapitulación.
12
Corriente eléctrica,
resistencia, ley de
Ohm. Resistencia y
temperatura .Energía
eléctrica y potencia
Lab 3 -A
Ley de Ohm.
13
Fuerza electromotriz.
Resistores en serie y
en paralelo.
14
Reglas de Kirchhoff.
Circuitos RC.
7
Lab 3 -B
Ley de Ohm.
15
Instrumentos
eléctricos cableado
domestico y
seguridad eléctrica.
8
16
Campo magnético. Y
Fuerza magnética
sobre un conductor
que lleva corriente
Lab 4 -A
Efecto Joule.
17
Momento de torsión
sobre una espira de
corriente en un campo
magnético uniforme,
Ley de Biot-Savart.
18
Fuerza magnética
entre dos conductores
paralelos. Ley de
Ampère y campo
magnético de un
solenoide.
Lab 4 –
B
Efecto Joule.
19
Flujo magnético. Ley
de Gauss para el
campo magnético
.Corriente de
desplazamiento y la
forma general de la
ley de Ampere.
20
Ley de inducción de
Faraday, Algunas
aplicaciones de la ley
de Faraday. FEM de
movimiento
Lab 5 -A
Leyes de Kirchhoff.
21
Ley de Lenz, FEM
Inducida y campos
eléctricos LECTURA:
movimiento de cargas
en campos
magnéticos; actividad
con CD del texto
sobre espectrómetro
de masas.
9
3. Campos
magnéticos
estacionarios
10
4. Campos
magnéticos
dependientes
del tiempo
11
22
Generadores y
Motores
Corrientes parásitas y
las maravillosas
ecuaciones de
Maxwell
*\Interactive Physics\Ipsonpc\chap29\
*\Interactive Physics\Demo Files\Physics
Investigations Samples\Desviación de
Electrones
12
13
14
5.Circuitos
dependientes
del tiempo
15
6. Ondas
electromagnéticas
Lab 5 -B
Leyes de Kirchhoff.
23
Sesión de repaso y
recapitulación.
24
Sesión de repaso y
recapitulación.
Lab 6 -A
Balanza de Corriente.
25
Autoinductancia,
circuitos RL
26
Energía en un campo
magnético,
Inductancia mutua
Lab 6 -B
Balanza de Corriente.
27
Oscilaciones en un
circuito LC. Circuito
RLC
28
Aplicaciones de
circuitos RC/RL/LC y
RLC
Lab 7 -A
Circuito RC.
Transformadores
29
Transformadores y la
transmisión de energía
30
Aplicaciones de
transformadores
Lab 7 –
B
Circuito R-C/
Transformadores
31
Introducción a las
ondas
electromagnéticas.
Espectro
electromagnético.
32
Sesión de repaso y
recapitulación.
16
Examen
Laborat.
Quiz 3 de Laboratorio
y sesiones de
recuperación.
Examen Final
Evaluacion
Primer examen parcial
20%
Segundo examen parcial 20%
Examen final
30%
Evaluaciones cortas (3)
10%
Laboratorio
20%
Bibliografía Requerida

Sears, Zemansky, Young y Freedman, Física
Universitaria, 11 Ed., Vol. 2, Pearson/Addison-Wesley,
México 2004.

Guías de Laboratorio de Física (Disponibles en Internet).
Bibliografía Complementaria

Lea, S.M. & J.R. Burke, Physics: The Nature of Things,
Brooks/Cole (International Thomson Editores), 1997.

SERWAY, R. A., BEICHNER, R.J., Física para Ciencias en
Ingeniería, Vol. 2, 5ª. Edición (Incl. CD ROM Interactive
Physics)

Gettys, Keller y Skove, Física Clásica y Moderna, McGraw-Hill, 1.991.

Sears, Zemansky, Young y Freedman, Física Universitaria,
Vol. I1, Addison-Wesley Longman, 1.996.
Tipler, Física, Vol. I1, Editorial Reverté, 1.990.
McKelvey y Grotch, Física para Ciencias e Ingenierías, Vol.
II, Harper and Row Interamericana, 1.990.
Fishbane, Gasiorowicz & Thornton, Física para Ciencias e
Ingeniería, Vol. I1, Prentice-Hall, 1.994.
Hecht, Física en Perspectiva, Addison-Wesley
Iberoamericana, 1.987.
Feynman, Leighton y Sands, The Feynman Lectures on
Physics, Vol. II, Fondo Educativo Interamericano,
1.987.
Baird, Experimentación: Una introducción a la teoría de
mediciones y diseño de experimentos, 2ª ed., Prentice Hall,
1.991.






Horario de Consulta
Programa del
(Atención a
Curso
estudiantes)
Calendario evaluaciones Parciales
2005-2
Anteriores
Practicas de Laboratorios