contextualización de la asignatura en la carrera universitaria

CONTEXTUALIZACIÓN DE LA ASIGNATURA
EN LA CARRERA UNIVERSITARIA
Asignatura: Fundamentos Físicos de la Informática
1. INTRODUCCIÓN
La asignatura de ‘Fundamentos Físicos de la Informática’ (FFI), junto con
otras de primer curso, correspondiente a las titulaciones de grado medio o superior
de Ingeniería Informática, es fácilmente y perfectamente ‘contextualizable’ en el
ámbito de la Informatica. Con una mirada algo más profunda y una sencilla
reflexión, es posible reconocer la importancia de esta asignatura, como una de las
piedras angulares en la que se basa esta rama de la Ciencia, clave en el registro
de información y datos de la que se sirven prácticamente el resto de las disciplinas
y ramas del conocimiento existentes hoy en día. Si se centra en un par de
conceptos informáticos claves, por ejemplo, hardware y disco duro, tendrá mucho
camino adelantado para comprender los motivos de incluir esta asignatura en la
carrera universitaria.
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 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 (¡qué menos que leer
los apuntes del tema correspondiente una vez!), sin casi darnos cuenta aparecen
esas conexiones que a priori parecen invisibles. Una vez leídos todos los temas,
podemos ir entresacando -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 genérica de la Informática.
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Esta asignatura trata fundamentalmente temas de Electricidad y
Magnetismo, incluyendo circuitos de corriente continua y alterna, además abarca
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, 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 compuestos los componentes físicos de un ordenador (por ejemplo, el
disco duro) o cualquier aparato dentro del ámbito actual de la Tecnología de la
Información, que involucra bastantes más aparatos tecnológicos aparte de los
ordenadores, aunque todos se basen en la estructura ‘chip’, basada, a su vez, en
circuitos integrados atiborrados de transistores. Bien, pues esta asignatura no es
más que el principio de todo eso.
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3. CONEXIONES REALES DE CADA TEMA CON LA INFORMÁTICA
TEMA 1. INTRODUCCIÓN (ANÁLISIS VECTORIAL)
Este tema, en realidad, es un tema ‘base’ que sirve para desarrollar la
asignatura. En total, este tema es necesario 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 los 7 temas citados teniendo muy presente este
Tema 1. (No intente dominar esos 7 temas sin dominar antes el Tema 1, es inútil,
estaría perdiendo tiempo y esfuerzo.)
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
elementos 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 o relámpagos. 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, luego TFT, más tarde LCD y ‘plasma’, y ahora basado en
LEDs. 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. Si llegamos a ver esta conexión, también veremos de manera
inmediata los fenómenos y fundamentos físicos de los que se sirven
fotocopiadoras y escáneres.
TEMA 4. ELECTROSTÁTICA EN CONDUCTORES Y DIELÉCTRICOS.
Nos va a interesar saber como se distribuyen las cargas en los distintos
materiales, sobre todo en 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 aislar
determinadas regiones de influencia de campos eléctricos no deseados.
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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 se desean 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. (Resulta frecuente que un determinado aparato
tecnológico deje de funcionar correctamente por algún tipo de disfunción de
alguno de sus condensadores, y es normal, según su función y características
suelen sufrir un elevado desgaste físico, por aquello de su continua carga y
descarga.)
TEMA 6. CORRIENTE ELÉCTRICA. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA.
Con este tema lo que se pretende es que el alumno se familiarice tanto con
el 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 y 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 resulta 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.
Este tema es el que inicia el camino hacia el conocimiento de los
fundamentos físicos en los que se basa uno de los elementos tecnológicos
cruciales más usados en la sociedad actual internacional: el disco duro. Hoy en
día, todos solemos guardar la información en discos duros. En los temas del 7 al
10 se desarrollan las claves de su funcionamiento. ¿Necesita mayor motivación
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para querer estudiarlos? Un Ingeniero Informático puede llegar a ser brillante en
su trabajo (sobre hardware o software, es indiferente) sin tener ni idea de cómo
funciona un disco duro, pero… ¿podría imaginar la cara de decepción de alguien
que le preguntara sobre su funcionamiento y no supiera qué responderle? 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.
*Por actualizar: temas del 8 al 15. (En breve).
Autor: Víctor B. Gómez Valverde
Departamento de Física Aplicada - Escuela Superior de Informática
(UCLM – Campus Ciudad Real - España)
(Basado en la bibliografía recomendada para preparar la asignatura, los trabajos
de iniciación a la investigación de la asignatura elaborados por los alumnos
y las dudas que le suelen surgir a los alumnos en relación a las
conexiones existentes entre esta asignatura y la Informática.)
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