INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

(3-1-8. Requisito: Haber aprobado F00812. 3 IC, 3 IEC, 3 IFI, 4 IIS03, 4 IMA, 3 IMD, 3 IME03, 3 IMT, 3 IMT04, 3 IQA, 3 IQS, 4 ISE, 4 LCQ, 3 LCQ04).

Requisito para planes de transición:Haber aprobado F00812 o F95812.

Equivalencia: F95813.

OBJETIVO GENERAL DE LA MATERIA

Exponer al alumno al estudio introductorio y a las aplicaciones de los conceptos de la física relacionada con electrostática, electrodiámica y magnetismo, a través del análisis teórico y práctico de los fenómenos físicos. Desarrollar la capacidad de observación y la habilidad de relacionar los eventos de la vida cotidiana con los conceptos de la física.

TEMAS Y SUBTEMAS DEL CURSO

1 Carga eléctrica

1.1 Carga eléctrica y su conservación y cuantización.

1.2 Conductores y aislantes.

1.3 Ley de Coulomb

1.4 Principio de superposición

2 Campo eléctrico

2.1 Campo eléctrico. Lineas de fuerza.

2.2 Partículas cargadas en un campo eléctrico.

2.3 Campo eléctrico debido a cargas puntuales y a distribución de carga en un cuerpo.

3 Ley de Gauss

3.1 Flujo eléctrico

3.2 Ley de Gauss

3.3 Aplicaciones de la ley de Gauss

4 Potencial eléctrico

4.1 Potencial eléctrico.

4.2 Cálculo de potencial conociendo el campo eléctrico.

4.3 Potencial eléctrico debido a cargas puntuales.

4.4 Potencial eléctrico debido a cargas distribuidas conociendo esta distribución.

4.5 Cálculo del campo eléctrico conociendo el potencial.

4.6 Energía potencial electrostática.

5 Capacitores y dieléctricos

5.1 Capacitancia, capacitores en serie y paralelo

5.2 Capacitores con dieléctricos.

5.3 Energía almacenada en un capacitor.

5.4 Densidad de energía eléctrica en un campo eléctrico.

6 Corriente, resistencia y fuerza electromotriz

6.1 Corriente y densidad de corriente.

6.2 Resistencia y resistividad.

6.3 Fuerza electromotriz.

6.4 Energía y potencia en circuitos eléctricos.

7 Circuitos de corriente directa

7.1 Resistencias en serie y en paralelo.

7.2 Leyes de Kirchhoff.

7.3 Instrumentos de mediciones eléctricas.

7.4 Circuitos R-C.

8 Campo magnético

8.1 Campo magnético.

8.2 Fuerza magnética sobre una partícula.

8.3 Fuerza magnética sobre un conductor con corriente.

8.4 Par sobre una espira que lleva corriente sumergida

en un campo magnético.

9 Fuentes de campo magnético

9.1 Campo magnético de una carga en movimiento.

9.2 Campo magnético de un elemento de corriente.

9.3 Campo magnético de un coductor recto.

9.4 Fuerza entre conductores paralelos.

9.5 Ley de Ampere y aplicaciones

9.6 Ley de Biot y Savart y aplicaciones

10 Inducción electromagnética

10.1 Producción de fuerzas electromotrices inducidas.

10.2 Ley de Faraday.

10.3 Ley de Lenz.

10.4 Campos eléctricos inducidos por campos magnéticos variables.

10.5 El generador eléctrico.

10.6 Ecuaciones de Maxwell.

11 Inductancia

11.1 Autoinductancia e inductancia mutua.

11.2 Energía almacenada en una inductancia.

11.3 Densidad de energía magnética en un campo

magnético.

11.4 Circuitos LR, circuitos LC, circuitos LCR.

12 Mecánica relativista

12.1 Invariancia de las leyes físicas.

12.2 Naturaleza relativa de la simultaneidad.

12.3 Relatividad del tiempo.

12.4 Relatividad del espacio.

12.5 Trabajo y energía relativistica.

12.6 Relatividad y mecánica newtoniana.

13 Introducción a la mecánica cuántica

13.1 Partícula en un pozo de potencial.

13.2 La ecuación de Schrödinger

13.3 Pozos de potencial

13.4 Barreras de potencial y efecto tunel.

13.5 Oscilador armónico

OBJETIVOS ESPECIFICOS DE APRENDIZAJE POR TEMA

1 Determinar las características de las fuerzas eléctricas.

1.1.1 Definir o reconocer la mejor definición de: a) electromagnetismo, b) carga eléctrica, c) cuantización de la carga, d) Ley de Coulomb, e) Coulomb, f) principio de superposición, g) conductor, h) aislante.

1.1.2 Aplicar la ley de Coulomb a un grupo de cargas puntuales dadas y obtener el vector fuerza resultante en cada una utilizando el principio de superposición.

2 Entender el concepto de campo eléctrico

2.1.1. Definir o reconocer la definición de: a) campo eléctrico, b) líneas de fuerza, c) densidad de carga: lineal, superficial, volumétrica.

2.1.2. a) fuerza sobre una partícula cargada en un campo, b) aceleración de una partícula cargada en un campo eléctrico.

2.1.3. a) Cálculo del campo eléctrico debido a un conjunto de cargas puntuales.

2.1.4. a) Calcular el campo eléctrico debido a una distribución continua de carga: lineal, superficial y volumétrica.

3 Utilización de la ley de Gauss en problemas con simetría para calcular campos eléctricos.

3.1.1. Definir o reconocer las definiciones de: a) flujo eléctrico, b) superficie cerrada, c) superficie Gaussiana, d) Ley de Gauss, e) carga neta encerrada.

3.1.2 Determinar el flujo eléctrico para una superficie dada.

3.1.3 Calcular el campo eléctrico usando la ley de Gauss para una distribución de cargas en una esfera, un cilindro o un plano.

4 Comprender el concepto de potencial eléctrico y su relación con la conservación de energía.

4.1.1 Definir correctamente o reconocer la definición de: a) diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, b) potencial eléctrico en un punto, c) volt, d) campos conservativos, e) superficie equipotencial, d) volumen equipotenical, e) energía potencial eléctrica, f) electrón volt.

4.2.1 Calcular el potencial eléctrico en una región donde se conoce el campo eléctrico.

4.3.1 Calcular el potencial eléctrico generado por cargas puntuales, dadas las posiciones de éstas.

4.4.1 Calcular el potencial eléctrico generado por una distribución de carga contínua, dada la distribución de la carga.

4.5.1 Calcular el campo eléctrico dado el potencial eléctrico en una región del espacio.

4.6.1 Determinar la energía potencial eléctrica para una distribución de cargas puntuales dadas las posiciones de éstas.

5 Determinar las características de un condensador.

5.1.1. Definir correctamente o reconocer la definición de: a) capacitancia, b) farad, c) condensador de placas paralelas, d) dieléctrico, e) constante dieléctrica, f) condensadores en serie, g) condensadores en paralelo, h) densidad de energía eléctrica, i) energía almacenada por un condensador, j) constante de tiempo capacitiva.

5.1.2 Aplicar el principio de la conservación de la carga eléctrica para encontrar la capacitancia de un sistema de capacitores conectados (condensadores en serie y paralelo).

5.2.1 Calcular la capacitancia de condensadores simples, simétricos y de una geometría específicada con y sin dieléctrico.

5.3.1 Determinar la energía almacenada en un condensador cargado o en una región específica dentro del condensador.

5.4.1 Determinar la energía eléctrica en una región del espacio determinada, conociendo la densidad de energía eléctrica en esa región.

6 Comprender el concepto de carga en movimiento a través de un conductor.

6.1.1 Definir o reconocer la definición de: a) corriente eléctrica, b) densidad de corriente, c) resistividad eléctrica, d) conductividad eléctrica, e) resistencia eléctrica, f) fuerza electromotriz, g) ley de Ohm, h) energía eléctrica, i) potencia eléctrica en una resistencia, j) potencia eléctrica en una fuente.

6.1.2 Calcular la densidad de corriente.

6.2.1 Determinar la resistencia eléctrica de conductores con diferentes formas.

6.3.1 Obtener la corriente en un circuito simple.

6.4.1 Calcular la potencia en una resistencia.

6.4.2 Obtener la potencia en una fuente.

7 Entender el concepto básico de un circuito eléctrico.

7.1.1 Definir o reconocer la mejor definición de: a) circuito eléctrico, b) teorema de los nodos, c) teorema de la trayectoria, d) resistencias en serie y resistencias en paralelo, e) amperímetro, f) voltímetro, g) ohmmetro, h) circuitos R-C.

7.1.2 Determinar la resistencia equivalente para resistencias conectadas en serie o en paralelo.

7.2.1 Aplicación a circuitos de las leyes de Kirchhoff.

7.2.2 Determinar corrientes y diferencias de potencial en un circuito de corriente directa.

7.3.1 Calcular la potencia eléctrica para los diferentes elementos en un circuito de corriente directa.

7.4.1 Obtener la constante capacitiva de tiempo en un circuito R-C

7.4.2 Calcular la corriente en un circuito RC.

7.4.3 Determinar la carga de un condensador en un circuito R-C.

7.4.4 Calcular la energía almacenada en un condensador en un circuito R-C.

8 Entender los campos magnéticos.

8.1.1 Definir correctamente o reconocer la definición de: a) Campo magnético, b) flujo magnético, c) lineas de inducción, d) fuerza magnética, e) weber, f) tesla, g) momento magnético, h) momento de torsión, i) energía potencial magnética.

8.2.1 Dados un campo eléctrico y un campo magnético uniformes, determinar la fueza experimentada por una carga en movimiento y calcular su trayectoria especificando condiciones iniciales.

8.3.1 Calcular la fuerza ejercida sobre un conductor con una corriente eléctrica conocida por un campo magnético dado.

8.4.1 Determinar el momento actuando sobre una espira con corriente por un campo magnético dado.

9 Conocer cuáles son las fuentes de campo magnético.

9.1.1 Reconocer entre diferentes ecuaciones aquella que nos da el campo magnético producido por una carga puntual en movimiento en un punto en el espacio.

9.1.2 Calcular la fuerza magnética entre dos partículas cargadas en movimiento, si conocemos sus cargas, su posición y su velocidad.

9.2.1 Calcular el campo magnético producido por un alambre curvo utilizando la ley de Biot y Savart.

9.3.1 Calcular el campo magnético producido por un alambre recto utilizando la ley de Biot y Savart.

9.4.1 Describir la interacción magnética entre dos alambres rectos y largos que llevan corrientes.

9.5.1 Calcular usando la ley de Ampere el campo magnético producido por un alambre recto que lleva una corriente.

9.5.2 Calcular usando la ley de Ampere el campo magnético producido por un solenoide que lleva una corriente.

9.5.3 Calcular usando la ley de Ampere el campo magnético producido por un toroide que lleva una corriente.

9.6.1 Dada la corriente en un alambre de geometría simple o simétrica, calcular el campo magnético en un punto aplicando la ley de Biot y Savart.

10 Entender el fenómeno físico de inducción electromagnética.

10.1.1 Definir o reconocer la mejor definición de: a) ley de Faraday, b) ley de Lenz, c) principio del generador eléctrico, d) campos eléctricos inducidos, e) ecuaciones de Maxwell.

10.2.1 Establezca la ley de Faraday de la inducción para diferentes situaciones donde ésta se aplique.

10.3.1 Establezca y aplique la ley de Lenz en diferentes casos donde ésta se puede aplicar.

10.3.2 Calcular la fuerza electromotriz inducida, así como la dirección de la corriente inducida aplicando la ley de Faraday y la ley de Lenz para diferentes situaciones donde ésta se aplieque.

10.4.1 Explique como un campo magnético variable produce un campo eléctrico inducido.

10.5.1 Explique como funciona un generador eléctrico.

10.6.2 De un conjunto de ecuaciones para poder reconocer aquellas que son las ecuaciones de Maxwell.

11 Entender las características de una inductancia.

11.1.1 Conocer la definición de: a) autoinductancia, b) inductancia mutua.

11.1.2 Conocer y calcular la inductancia equivalente para inductancias en serie y en paralelo.

11.2.1 Calcular la energía magnética almacenada en una inductancia en un circuito eléctrico dado.

11.3.1 Poder calcular la energía magnética almacenada en una región volumétrica aplicando el concepto de densidad de energía magnética.

11.4.1 Poder analizar un circuito L-R en condiciones transitorias y en condiciones estables.

11.4.2 Poder calcular la frecuencia de oscilación en un circuito L-C.

11.4.3 Poder calcular la frecuencia de oscilaciones en un circuito L-C-R.

11.4.4 Poder reconocer cuando un circuito RCL es: a) amortigüado, b) críticamente amortigüado y c) sobre amortigüado.

12 Conocer algunas de las más importantes contibuciones de la mecánica relativista para entender mejor el mundo que nos rodea.

12.1.1 Comprender la invariancia de las leyes físicas.

12.1.2 Comprender el concepto de sistemas inerciales.

12.2.1 Comprender que el concepto de simultaneidad no es un concepto absoluto.

12.3.1 Poder comprobar la dilatación del tiempo, fenómeno analizado por observadores colocados en dos sistemas inerciales, moviéndose uno con respecto al otro con velocidad cercana a la velocidad de la luz.

12.4.1 Poder comprobar la contracción de la longitud de un campo en movimiento, cuando su velocidad es cercana a la velocidad de la luz.

12.5.1 Poder calcular la energía cinética de una partícula moviéndose a una velocidad cercana a la velocidad de la luz.

12.6.1 Entender el principio de correspondencia.

13 Conocer algunas de las contribuciones de la mecánica cuántica para entender mejor el mundo que nos rodea.

13.1.1 Entender el concepto de la dualidad materia-onda.

13.1.2 Entender el concepto de cuantización de la energía.

13.1.3 Analizar y comprender el caso de una partícula en un pozo de potencial.

13.2.1 Aplicar la ecuación de Schödinger a diferentes situaciones, tales como: a) el oscilador armónico, b) el átomo de hidrógeno.

13.3.1 Resolver la ecuación de Schödinger para el caso de una partícula atrapada en un pozo de potencial a) infinito, b) finito.

13.4.1 Aplicar la ecuación de Schödinger para el caso de una barrera de potencial y entender el efecto tunel.

13.5.1 Analizar desde un punto de vista cuántico el problema del oscilador armónico.

PRACTICAS DEL LABORATORIO

1 Electrostática

Objetivo.- Deducir y comprobar experimentalmente la ley de Coulomb.

2 Circuitos eléctricos

Objetivo.- Comprobar experimentalmente las leyes de Kirchhoff.

3 Campos magnéticos y ley de Ampere

Objetivo.- Comprobar experimentalmente los efectos del campo magnético en cargas libres y corrientes elécticas.

4 Ley de Faraday

Objetivo.- Comprobar experimentalmente la ley de Faraday en sus diferentes presentaciones.

5 Circuitos RC, RL, RLC.

Objetivo.- Determinar experimentalmente la frecuencia de oscilación de los circuitos RC, RL, RLC

6 Interacción de radiación con materia.

Objetivo.- Determinar la intensidad de radiación de fuentes radioactivas y coeficientes de absorción.

METODOLOGIA SUGERIDA Y ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

Exposición de los temas y demostraciones en laboratorios y sala audiovisual de física por parte del maestro.

Realización por el alumno de: tareas, demostraciones, investigación bibliográfica y realización de prácticas de laboratorio y prácticas caseras. Además, asistencia a conferencias sobre temas relacionados con el curso como consulta de los paquetes computacionales de física en los centros de multimedios.

TIEMPO ESTIMADO POR TEMA

1 3 Horas

2 3 Horas

3 3 Horas

4 4 Horas

5 4 Horas

6 3 Horas

7 3 Horas

8 4 Horas

9 4 Horas

10 4 Horas

11 4 Horas

12 3 Horas

13 3 Horas

Examen 3 Horas

Laboratorio 16 Horas

Total 64 Horas

POLITICAS DE EVALUACION SUGERIDAS

Tres exámenes parciales elaborados utilizando el banco de

problemas del departamento de física y de acuerdo al calendario

de avance de la materia 50%

Exámenes tarea, tareas, investigación bibliográfica (12 a 20

por semestre) 10%

Prácticas de laboratorio y prácticas caseras 10%

Examen final 30%

LIBROS DE TEXTO (en inglés)

Bibliografía Actualizada

University Physics

Young Hugh D.

Addison Wesley Publishing Co. Inc.

ISBN 0-201-52690-5

Benson, Harris

Unviersity Physics

John Wiley & Sons, Inc.

ISBN0-471-60528-X (cloth)

Apoyos Tecnológicos para el curso

LIBROS DE CONSULTA

Benson, Harris

FISICA UNIVERSITARIA

CECSA

ISBN 968-26-1242-X

Keller, Frederick J. et al

PHYSICS Classical and Modern

Mc Graw-Hill, Inc.

ISBN 0-07-023460-4

Fishbane, Paul M. et al Fishbane, Paul M. et al

PHYSICS FOR SCIENTISTIS FISICA PARA CIENCIAS AND ENGINEERING INGENIERIA

Prentice Hall Inc Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A.

ISBN 0-13-663246-7 Volume I ISBN 968-880-456-8 Volumen I

ISBN 0-13-673021-3 Volume I ISBN 968-880-456-6 Volumen II

Tipler, Paul A. Tipler, Paul A.

PHYSICS for Scientistis and Física

Engineering Editorial Reverté, S.A.

Worth Publishers, Inc. ISBN 84-29104367-X Volumen I

ISBN 84-291-4366-1 ISBN 84-291-4368-8 Volumen II

MATERIAL Y/O SOFTWARE DE APOYO

PERFIL DEL MAESTRO

Profesor con carrera de Ingeniería y con Maestría con seis materias en el área de Física.



Fecha de la última actualización: 29 de junio de 2004(M)