RECOMENDACIONES PARA PREPARAR/SUPERAR/APROBAR

CONTEXTUALIZACIÓN DE LA ASIGNATURA
EN LA CARRERA UNIVERSITARIA
Asignatura: Fundamentos Físicos de la Informática
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los temas más controvertidos del sistema educativo universitario español
siempre ha sido la poca importancia que se le ha dado al alumno, sobre todo a la hora de
decidir los contenidos conceptuales y procedimentales que debe asimilar realmente de
cara a prepararse para la profesión de la vida real para la que, en principio, se está
formando cursando la carrera universitaria correspondiente. La tradición y la experiencia
nos dice que la gran mayoría de las asignaturas han sido preparadas desde el punto de
vista conceptual, aferrándose a la disciplina de la que se originan, recurriendo a
formalismos tan purista como innecesarios, y marginando la contextualización obvia que
necesita cada asignatura según la carrera universitaria. Por ejemplo: la asignatura de
Análisis Matemático de primer curso no se puede dar de la misma manera a un alumno
que curse la licenciatura de Matemáticas que a un alumno que curse Empresariales. Es
absurdo.
El alumno debe comprender desde el primer día por qué le han ‘colocado’ una
asignatura en la carrera, si no es así algo está fallando o faltando. Para ello no es
suficiente dejar al alumno que mediante su autoaprendizaje lo adivine, el docente debe
darle como mínimo una guía básica que lo explique. Si el alumno no encuentra las
conexiones suficientes con el oficio que desea desempeñar en el futuro, es muy lógico
que pierda el interés e incluso califique la asignatura como ‘non grata’, apartándola y
dejándola de lado curso tras curso, hasta que algún año se acuerde de que ‘se la tiene
que estudiar por narices’ para terminar de una vez la carrera y obtener el preciado título
universitario. Cuando esto ocurre, algo serio está pasando. Pero el gran problema es que
se trata algo generalizado que ocurre en todas las carreras y con una serie de
asignaturas concretas: esas que parece que las han puesto el plan de estudios de la
carrera para completar los créditos suficientes sin más. Justo ésas.
Aunque parezca resuelto el problema con el razonamiento anterior, lo cierto es que
la cosa no resulta tan trivial, ya que aparte del tema de la contextualización existen otros
factores como el de la dificultad intrínseca de los conceptos que la conforman y el trabajo
previo del alumno y los docentes en niveles educativos inferiores, léase enseñanza
secundaria, incluso primaria, sobre todo en lo que se refiere a qué estudiar y cómo. Por
ejemplo: un alumno de primer curso de Ingeniería Informática debería saber antes de
empezar la carrera lo que es un vector (obtener su dirección y sentido) y una integral
(obtener su diferencial y sus límites de integración correspondientes). ¡Qué menos! Pero
esto no ocurre en la realidad y los alumnos tienen que ponerse al día una vez iniciado el
curso, conforme le van apareciendo conceptos ‘nuevos’. El problema es que hay muchos
alumnos que llegan a la universidad sin estar realmente preparados para empezar una
carrera universitaria, y más una difícil y técnica como una ingeniería. En general, nunca
se les ha enseñado a adquirir un hábito de estudio y ni tan siquiera a estudiar, que es un
aspecto clave y grave. Por otro lado, la universidad parece no querer percatarse de ese
‘desfase educativo’ que existe entre 2° de Bachillerato ó el último curso de FP
correspondiente, y sigue exigiendo unos conceptos -en los primeros cursos- demasiado
elevados para lo que se aprende en secundaria. No es, por tanto, un problema exclusivo
de la universidad, si no que incluye el entramado educativo de niveles inferiores. Dicho en
pocas palabras: la solución a este problema no es tan sencilla.
Bien, pues justo en medio de todo este ‘desfase educativo’ se encuentra esta
asignatura de ‘Fundamentos Físicos de la Informática’, junto con otras de primer curso,
correspondiente a la titulación de Ingeniero Informático, ya sea en sus versiones de
técnico o ingeniero superior. Tras ‘desenmascarar’ el problema, pasemos a enumerar una
serie de indicaciones para que el alumno sea capaz de contextualizar esta asignatura,
tanto dentro del conjunto de las demás asignaturas de la carrera, como en las conexiones
reales existentes con el maravilloso mundo de la Informática, o si que quiere profundizar
más en la realidad actual: sus conexiones con el entramado de la Tecnología de la
Información, en la que se ve sumida profundamente la Informática.
2. CÓMO CONTEXTUALIZAR ESTA ASIGNATURA
Prácticamente lo único que debe hacer uno es comparar los contenidos
conceptuales de la asignatura con los aspectos fundamentales que se conjugan en la
Informática. Para ello resulta esencial realizar, al menos, una lectura de la asignatura. Si
estructuramos la contextualización por temas, que menos que leer los apuntes del tema
correspondiente una vez, para disponerse a contextualizarlo. Sin casi darnos cuenta
aparecen esas conexiones que a priori parecen invisibles. Una vez leídos todos los
temas, podemos ir entresacando conexiones -además- interconexiones entre 2 o más
temas de la asignatura.
Las conexiones hay que buscarlas en los razonamientos físicos (basados en
conceptos de Física) empleados en los contenidos de la asignatura para ser usados
como aplicación a alguna de las vertientes o ramas que maneja comúnmente la disciplina
de la Informática.
Esta asignatura trata fundamentalmente temas de Electricidad y Magnetismo,
incluyendo circuitos de corriente continua y alterna, además de temas correspondientes a
Física de Partículas (Atómica y Semiconductores) que se tocan a modo de introducción
en el último tramo del curso. La Informática principalmente es ‘software’ y ‘hardware’, por
lo que intentar buscar conexiones tipo ‘software’ con esta asignatura no tiene mucho
sentido excepto cuando estemos desarrollando algún tipo de programa o aplicación en
que sean necesarios estos conceptos: software para estudiantes de ciencias e ingeniería,
ó incluso físicos o ingenieros electrónicos que manejen software para resolver sus
estudios o investigaciones con agilidad. En este sentido, lo lógico es concebir esta
asignatura como el origen del ‘hardware’, el aspecto puramente físico de la Informática, o
sea, lo que hay que conocer para saber cómo funciona y de qué están fabricados los
componentes físicos de un ordenador o cualquier aparato dentro del ámbito actual de la
Tecnología de la Información, que abarca bastantes más aparatos tecnológicos aparte de
los ordenadores, aunque todos se basen en la estructura ‘chip’, basada su vez en los
circuitos integrados. Bien, pues esta asignatura no es más que el principio de todo eso.
3. CONEXIONES REALES DE CADA TEMA CON LA INFORMÁTICA
TEMA 1. INTRODUCCIÓN (ANÁLISIS VECTORIAL).
Este tema, en realidad, es un tema ‘base’ que nos sirve para desarrollar esta
asignatura. En total, es necesario este tema para desarrollar hasta 7 temas de la
asignatura (Temas 3, 4, 5, 7, 8, 9 y 10). Contextualizarlo tiene sentido desde el punto de
vista genérico, como punto de partida de los temas citados. Engloba análisis vectorial
básico, trigonometría básica e integración básica basada en integrales indefinidas y
definidas (con límites de integración) sencillas. De aquí en adelante contextualice el resto
de temas teniendo muy presente este Tema1.
TEMA 3. CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICOS.
Toda partícula o sistema cargado (con carga) genera una fuerza eléctrica que muy
superior en magnitud a su fuerza gravitatoria asociada. Además, tiene asociado un
campo eléctrico, y de ese campo procede su potencial asociado. Los cables que contiene
un ordenador tienen asociado un campo eléctrico, con esta idea podemos darnos cuenta
que un ordenador está provisto de muchos campos eléctricos generados por cada uno
de sus componentes electrónicos. La magnitud de estos campos eléctricos asociados al
ordenador son muy pequeños comparados con otros fenómenos que nos son más
familiares: ondas de radio, luz solar, relámpago, núcleo de uranio, etc. Una de las
aplicaciones más conocidas de las partículas cargadas a la Informática ha sido, sin duda,
el monitor, inicialmente basado en el tubo de rayos catódicos. Otra también muy popular
es el proceso de impresión, tanto de inyección de tinta como láser, basado en el proceso
de carga de las partículas que luego ‘imprimen’ el papel.
TEMA 4. ELECTROSTÁTICA EN CONDUCTORES Y DIELÉCTRICOS.
Nos va a interesar saber como se distribuyen las cargas en los distintos materiales,
sobre todo los conductores, ya que son los que vamos a usar para transportar la
corriente eléctrica a su través para hacer funcionar todo el entramado electrónico de un
ordenador. Del mismo modo son muy interesantes los dieléctricos (aislantes), ya que
mediante su uso podemos debilitar el campo eléctrico y su potencial en una determinada
región del espacio, con lo que resulta muy útil para aumentar, por ejemplo, la capacidad
de un condensador sin variar las dimensiones del mismo. Esto resulta muy útil a la hora
de reducir las dimensiones de los circuitos internos de los componentes de un ordenador
y de aislar determinadas regiones de influencia de campos eléctricos no deseados.
TEMA 5. CAPACIDAD Y CONDENSADORES.
Los condensadores tienen multitud de aplicaciones y se usan en un gran número
de dispositivos electrónicos que forman parte de un ordenador. Pueden usarse para
almacenar energía (dispositivos de encendido) ó como filtros de frecuencias eléctricas
que no desea aplicar a determinados circuitos. Un ejemplo común es el de los
interruptores de capacidades del teclado de un ordenador, en los que una placa metálica
acoplada a cada tecla actúa como tope de un condensador, poniendo en marcha el
circuito electrónico correspondiente al ser oprimida. Si además introducimos dieléctricos
en los distintos condensadores de los distintos dispositivos, podemos aumentar la energía
almacenada en los mismos según nos interese.
TEMA 6. CORRIENTE ELÉCTRICA. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA.
Con este tema lo que se pretende es que el alumno se familiarice tanto con le
origen de la corriente eléctrica como con su comportamiento al atravesar los distintos
elementos que componen un circuito eléctrico. Para ello, primero estudiamos las reglas
básicas de circuitos, así como los elementos activos (generadores de tensión) y pasivos
(resistencias, inductancias, condensadores) comunes. El análisis de circuitos es básico
para poder conseguir que la corriente eléctrica haga lo que nos interese que haga, esto
es, hacer funcionar de la manera que queramos cualquier dispositivo electrónico de un
ordenador. Para ello se hace necesario saber calcular el valor de una corriente, una
fuente de tensión, una inductancia o un condensador si disponemos de determinados
elementos de los que sí conocemos su valor. También nos ayuda a conocer la potencia
eléctrica que es capaz de generar, magnitud que muy interesante conocer en la vida
cotidiana, sobre todo a nivel de consumo. Esto también afecta a la planificación
presupuestaria de cualquier producción en serie de componentes informáticos en una
empresa de hardware, en la que siempre se va a buscar producir lo máximo con un coste
mínimo.
TEMA 7. INTERACCIÓN MAGNÉTICA.
Hay que tener muy presente que siempre que tengamos hilos de corriente por los
que circulan corrientes, vamos a tener asociados sus correspondientes campos
magnéticos. Luego, cuando tenemos circuitos electrónicos también tenemos campos
magnéticos que hay que tener bien presentes, más si cabe si no queremos que no
afecten negativamente tanto en la elaboración del hardware como a nivel de usuario de lo
fabricado. Los campos magnéticos más sencillos que podemos considerar son los
asociados a partículas cargadas en movimiento. Es lógico pensar que sistemas cargados
en movimiento más complicados nos supondrán interacciones magnéticas más
impredecibles y apreciables. La primera explicación a todo esto se recoge en este tema,
viendo también cómo afectan los campos magnéticos al movimiento de las cargas, en
cuanto a su trayectoria y velocidad.
TEMA 8. FUENTES DEL CAMPO MAGNÉTICO.
En este tema se profundiza en el tema de cómo se originan los campos
magnéticos asociados corrientes en hilos o hilos enrollados formado conjuntos de espiras
muy próximas entre sí. Un aspecto importante es saber aprovechar estos campos
magnéticos originados para aplicarlos a algo útil. Es el principio de la utilidad de los
campos magnéticos en los distintos dispositivos electrónicos en un ordenador.
TEMA 9. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
Una forma directa de ver cómo afectan el campo magnético es calculando el flujo
magnético que atraviesa una determinada superficie. Esto es muy interesante, ya que a
partir de este flujo magnético variable con el tiempo conseguimos ‘fuerzas electromotrices
inducidas’ (fem), que es lo mismo que decir ‘fuentes de tensión’ o generadores que hacer
circular la corriente eléctrica de circuitos electrónicos, esto es generan fuerzas sobre las
cargas móviles en circuitos. Esta tipo de corriente generada mediante inducción
magnética no es otra que la corriente alterna y su descubrimiento fue una revolución y lo
sigue siendo hoy, porque facilita su transporte con pérdidas mínimas. Otro aspecto muy
importante es la capacidad que presentan los campos magnéticos externos ‘imanar’
materiales magnéticos. Uno de los descubrimientos más importantes del hombre en la
producción de aparatos tecnológicos, ya que le permite leer, escribir, grabar y registrar
gran cantidad de información en poco tiempo gracias a la inducción magnética y al
soporte material magnético donde se almacena. Es importante resaltar que hoy en día el
hombre ordena y almacena la información electromagnéticamente. Es muy posible que
aún no esté preparado para asimilar la rotunda importancia de esta asignatura en la vida
cotidiana y en el maravilloso mundo de Informática. El origen físico de la Informática está
aquí, puede seguir dándole tanta o tan poca importancia a esta asignatura como desee,
pero ya sabe por qué esta asignatura forma parte del conjunto de asignaturas que
completan la carrera de ingeniero informático.
TEMA 10. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA.
Como gran aplicación a todo lo relacionado con el Magnetismo de los 3 temas
anteriores, avanzamos hasta comprender el mecanismo y funcionamiento del disco duro
de un ordenador, como una de las aplicaciones más importantes de lectura y escritura de
datos que existen hoy en día. El disco duro no ha sido más que la evolución del sistema
de lectura y grabación aprovechando el Magnetismo (imanación del soporte magnético)
que se venía realizando desde mediados del siglo XX con la aparición de las
computadoras de primera generación.
TEMA 11. CORRIENTE ALTERNA.
Comprendida anteriormente la importancia del análisis de circuitos de corriente
continua, en este tema se inicia el repaso a la corriente alterna, llamada así por tener su
origen en el alternador, que no es más que una bobina que gira uniformemente sometida
a un campo magnético, generando una fem sinusoidal que suministra la corriente alterna
citada a un circuito exterior. El 99% de la energía eléctrica consumida hoy en día procede
de generadores eléctricos de corriente alterna (ca), que proporcionan normalmente una
corriente sinusoidal de 50 Hz de frecuencia. Es, por tanto, resulta fundamental determinar
cómo se comportan los elementos pasivos comunes (resistencias, inductancias y
condensadores) cuando circula corriente alterna a su través, para analizar de manera
global un circuito ca para diseñarlo de acuerdo a nuestras necesidades tecnológicas o de
producción masiva en serie. No olvidamos aspectos tan interesantes en aplicaciones
cotidianas como la potencia (factura de la luz) o la frecuencia de resonancia de un circuito
para amplificarla (escuchar la radio) y sus conexiones con el mundo informático.
TEMA 12. TEORÍA DE REDES.
Como aplicación final a todo lo visto hasta ahora, en el Tema 12 tan sólo nos
acercamos de puntillas al fascinante mundo de los circuitos integrados, cada día más
pequeños, veloces y eficaces, debido al trabajo de los ingenieros informáticos de
hardware que se devanan los sesos analizando circuitos electrónicos ‘imposibles’
configurando y diseñando chips de última generación basados en el uso de
semiconductores, que es a lo que tratan de acercarnos los siguientes y últimos temas de
la asignatura. En este tema trabajamos circuitos más o menos complicados de corriente
alterna usando sólo resistencias, inductancias y condensadores (impedancias y
reactancias), con el objetivo de encontrar sus equivalentes más sencillos (Thevenin ó
Norton) entre 2 terminales (A y B). No llegamos al análisis de redes eléctronicas que
incluyen ‘transistores’, el descubrimiento clave que dio paso a los circuitos integrados y
chips que conocemos hoy en día, cosa que sí verá el alumno más adelante en la
asignatura de Electrónica.
Nota final: A pesar de la aparente dificultad de esta asignatura, no tanto por su
contenido, sino por su extensión y la gran cantidad de expresiones físico-matemáticas
que aparecen y que el alumno debe recordar, añadir que no olvide que se trata de una
asignatura de primer curso, por lo que se manejan conceptos básicos de Electricidad y
Magnetismo, no trate de hacer una asignatura básica -como es ésta- más dura y
complicada de lo que en realidad es. Resumiendo: hágala fácil y ‘no mire para otro lado’,
sobre todo una vez que ya conoce las conexiones reales que tiene con la Informática y el
mundo que le rodea.
Autor: Víctor B. Gómez Valverde
(Basado en la Bibliografía recomendada para preparar la asignatura
y las dudas que le suelen surgir a los alumnos en relación a las
conexiones existentes entre esta asignatura y la Informática.)