UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …¬SICA-III-FIM… · campo, el potencial eléctrico, el campo electromagnético y las ondas electromagnéticas para resolver problemas

UANL - FIME Física III

1

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2

VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Física III Frecuencia semanal: 3 hrs. Horas presenciales: 42 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 38 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( X ) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 4 incluyendo laboratorio Fecha de elaboración: 30/11/2009 Fecha de la última actualización: 04/08/2016 Responsables del diseño: M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa M.E.C. Flor Elizabeth Rodríguez Valladares M.C. Silvia del Socorro Argaéz Morales Dr. Andrés Alberto Áviles Alvarado Presentación:

Una gran parte de los fenómenos físicos que tenemos a nuestro alrededor, son de origen electromagnético. La aplicación de las leyes del electromagnetismo ha permitido a la humanidad el desarrollo de gran cantidad de tecnologías industriales. De aquí la importancia de que el futuro ingeniero desarrolle una visión lo más completa posible del Electromagnetismo, el cual sirve de base a las áreas de ingeniería en las que está incluida. La intención metodológica es desarrollar en forma paralela el estudio del campo eléctrico y del campo magnético, para que el estudiante se forme una visión integral de estos fenómenos y destaque la relación entre ellos.


2

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Esta unidad de aprendizaje consta de 4 etapas, en la primera etapa se analizarán los campos electrostáticos y los conceptos relacionados con su estudio, en la segunda etapa se analizarán la conducción eléctrica en metales, en la tercera etapa las características del campo magnético identificando las fuentes de campo magnético y su efecto sobre otras partículas. En la cuarta etapa se relacionan los campos eléctricos y magnéticos empleando las ecuaciones de Maxwell. Propósito:

Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad de contribuir a la formación de egresados con valores como: la responsabilidad, honestidad y ética profesional; así como desarrollar conocimientos en electricidad y magnetismo, que puedan aplicarse a situaciones concretas. Contribuye también al desarrollo de habilidades para el aprendizaje autónomo y pone en práctica una dinámica de superación constante, trabajando en equipo. Competencias del perfil de egreso:

a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales:

Competencias instrumentales:

Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional.

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad.

Competencias personales y de interacción social

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.

Competencias integradoras

Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de decisiones.


3

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Logra la adaptabilidad que requieren los ambientes sociales y profesionales de incertidumbre de nuestra época para crear mejores condiciones de vida.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje: Analizar los fenómenos como la conducción eléctrica en circuitos resistivos y capacitivos, la capacitancia de capacitores, la inducción electromagnética y las ondas electromagnéticas, aplicando las ecuaciones de Maxwell en forma integral y conceptos como la carga eléctrica, el campo, el potencial eléctrico, el campo electromagnético y las ondas electromagnéticas para resolver problemas de electromagnetismo, en situaciones de alta simetría y campos electromagnéticos estáticos y dinámicos identificando su aplicación en la ingeniería.


4

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


1 Representación gráfica

Competencias de la

Unidad de Aprendizaje

Instrumentales

Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y

campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y

profesional

Analizar los fenómenos como la conducción eléctrica en circuitos

resistivos y capacitivos, la capacitancia de capacitores, la

inducción electromagnética y las ondas electromagnéticas, aplicando

las ecuaciones de Maxwell

Analizar los fenómenos como la relación entre el campo electrostático, la carga eléctrica y la diferencia de potencial; la conservación de la energía

en capacitores y el comportamiento de circuitos RC resolviendo problemas de campos eléctricos estáticos aplicando la Ley de Gauss, en forma integral

y los conceptos de carga eléctrica, campo electrostático, flujo del campo eléctrico, potencial eléctrico y capacitancia de capacitores para

identificarlo en aplicaciones en ingeniería como filtros electrostáticos y fotocopiadoras

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el

acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo

con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad

Analizar los fenómenos como la conducción eléctrica aplicando las ecuaciones de Maxwell en forma

integral y conceptos como la carga eléctrica, el campo, el potencial

eléctrico, el campo electromagnético y las ondas electromagnéticas

Describir las características de circuitos de corriente continua con un máximo de dos mallas independientes, con la utilización de la ley de Ohm y

las leyes de Kirchhoff, relacionándolas con la ley de conservación de la carga eléctrica y de la energía aplicando el modelo de la teoría electrónica

clásica para explicar la conducción de la electricidad en los metales, utilizando conceptos como la resistividad, la resistencia eléctrica, la

intensidad de la corriente, la diferencia de potencial, la fuerza electromotriz (f.e.m.), las conexiones en serie y paralelo y la potencia

disipada

Personales y de

Interacción

Social

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás,

respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir

a construir una sociedad sostenible

Integradoras

Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de decisiones

Analizar los fenómenos como la conducción eléctrica en circuitos resistivos y capacitivos, la capacitancia de

capacitores, la inducción electromagnética y las ondas electromagnéticas, en situaciones de alta simetría y

campos electromagnéticos estáticos y dinámicos identificando su aplicación en la ingeniería

Identificar las fuentes del campo y su acción sobre partículas cargadas en movimiento, con la fuerza de Lorenz, aplicando la ley de Gauss del magnetismo y la ley de Ampere, explicando

las configuraciones de las líneas del campo magnético en situaciones de conductores rectos con corriente, solenoide y

toroides, para resolver problemas de campos magnéticos constantes en el tiempo relacionándolos con aplicaciones de

ingeniería

Logra la adaptabilidad que requieren los ambientes sociales y

profesionales de incertidumbre de nuestra época para crear mejores

condiciones de vida

Analizar los fenómenos como la conducción eléctrica en circuitos resistivos y capacitivos, para

resolver problemas de electromagnetismo, en situaciones de alta simetría y campos

electromagnéticos estáticos y dinámicos identificando su aplicación en la ingeniería

Describir la relacionar los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo mediante el concepto de campo electromagnético y el sistema de ecuaciones de Maxwell en forma integral, con la utilización del concepto

de inducción electromagnética, descrito en la Ley de Faraday y Lenz, incluyendo el cálculo de fuerza electromotriz inducida (f.e.m.) y la

corriente de desplazamiento, utilizado en la ley de Ampere generalizada para explicar fenómenos como la auto inductancia, la inductancia mutua y

las ondas electromagnéticas destacando la amplia utilización de estos fenómenos en ingeniería


5

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Unidad temática 1: Campos electrostáticos. Competencias particulares: Analizar los fenómenos como la relación entre el campo electrostático, la carga eléctrica y la diferencia de potencial; la conservación de la energía en capacitores y el comportamiento de circuitos RC resolviendo problemas de campos eléctricos estáticos aplicando la Ley de Gauss, en forma integral y los conceptos de carga eléctrica, campo electrostático, flujo del campo eléctrico, potencial eléctrico y capacitancia de capacitores para identificarlo en aplicaciones en ingeniería como filtros electrostáticos y fotocopiadoras.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Analizar las características fundamentales y conceptos relacionados con el estudio de los campos eléctricos estacionarios, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para describir algunos fenómenos en situaciones de geometría sencilla y de alta simetría.

Problemas de campos electrostáticos Resolución de casos de Energía Potencial Electrostática y Potencial

Problemas de campos electrostáticos

Orden y Limpieza Conceptos físicos Estrategia/procedimiento

matemático Simplificación de

resultados Conclusiones Resolución de casos de Energía Potencial Electrostática y Potencial:

Presentación Conceptos físicos Redacción Estrategia de solución Reflexión sobre

resultados Tiempo de entrega

Resolver problemas de campo eléctrico para analizar conceptos como: carga eléctrica, campo electrostático, flujo eléctrico. Resolución de casos en los que intervienen campos eléctricos en la vida cotidiana utilizando una herramienta tecnológica y comparar con los resultados obtenidos analíticamente.

Carga eléctrica, intensidad de campo eléctrico. Flujo eléctrico, Ley de Gauss Potencial eléctrico, capacitancia

Pizarrón Libro


6

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Unidad temática 2: Conducción Eléctrica. Competencias particulares: Describir las características de circuitos de corriente continua con un máximo de dos mallas independientes, con la utilización de la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff, relacionándolas con la ley de conservación de la carga eléctrica y de la energía aplicando el modelo de la teoría electrónica clásica para explicar la conducción de la electricidad en los metales, utilizando conceptos como la resistividad, la resistencia eléctrica, la intensidad de la corriente, la diferencia de potencial, la fuerza electromotriz (f.e.m.), las conexiones en serie y paralelo y la potencia disipada.





Analizar las características de los circuitos de corriente continua mediante el estudio de conceptos tales como: resistencia, resistividad, intensidad de corriente, diferencia de potencial, fuerza electromotriz, conexiones en serie y paralelo, potencia disipada, capacitores, para solucionar problemas en circuitos de hasta dos mallas.

Problemas de conducción eléctrica. Prototipo de circuito con elementos no lineales como el diodo.

Problemas de conducción eléctrica:

Orden y limpieza Conceptos físicos Estrategia/procedimiento

matemático Simplificación de

resultados Conclusiones Prototipo de circuito con elementos no lineales como el diodo:

Implementación correcta de los componentes

Medición real de los parámetros del circuito

Concordancia razonable entre los datos calculados y los datos medidos

Funcionamiento correcto (LED encendido)

Resolver problemas de circuitos eléctricos sencillos de corriente continua en cuanto a la obtención de parámetros como intensidades de corriente, caídas de voltaje y potencia.

Implementación de circuitos eléctricos con dispositivos sencillos como resistores y diodos para la medición de parámetros como corriente y caídas de voltaje.

Resistencia y Resistividad eléctrica Conductores y Aisladores Intensidad de corriente Ley de Ohm Leyes de Kirchhoff Circuitos RC

Pizarrón Libroç Protoboard Alambre telefónico Resistores Diodos Pilas de voltaje entre 1.5 y 9 V


7

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Unidad temática 3: Campo Magnético Competencias particulares: Identificar las fuentes del campo y su acción sobre partículas cargadas en movimiento, con la fuerza de Lorenz, aplicando la ley de Gauss del magnetismo y la ley de Ampere, explicando las configuraciones de las líneas del campo magnético en situaciones de conductores rectos con corriente, solenoide y toroides, para resolver problemas de campos magnéticos constantes en el tiempo relacionándolos con aplicaciones de ingeniería.





Analizar la configuración de las líneas de campos en conductores rectos, solenoide y toroides mediante las características del campo magnético, identificando sus fuentes y su efecto sobre algunas partículas para solucionar problemas del entorno.

Problemas de las características del campo magnético Casos de la Ley de Ampere

Problemas de las características del campo magnético: Orden y limpieza Conceptos físicos Estrategia/procedim

iento matemático Simplificación de

resultados Conclusiones Casos de la Ley de Ampere: Presentación Conceptos físicos Redacción Estrategia de

solución Reflexión sobre

resultados Tiempo de entrega

Resolver problemas de campo magnético sobre conductores rectos, solenoides y toroides Resolución de casos en los que intervienen campos magnéticos en la vida cotidiana utilizando una herramienta tecnológica y comparar con los resultados obtenidos analíticamente.

Intensidad del campo magnético Inducción magnética Líneas de inducción Ley de Lorentz Flujo magnético Ley de Gauss Ley de Ampere

Pizarrón Libro


8

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Unidad temática 4: Sistemas de Ecuaciones de Maxwell Competencias particulares: Describir la relacionar los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo mediante el concepto de campo electromagnético y el sistema de ecuaciones de Maxwell en forma integral, con la utilización del concepto de inducción electromagnética, descrito en la Ley de Faraday y Lenz, incluyendo el cálculo de fuerza electromotriz inducida (f.e.m.) y la corriente de desplazamiento, utilizado en la ley de Ampere generalizada para explicar fenómenos como la auto inductancia, la inductancia mutua y las ondas electromagnéticas destacando la amplia utilización de estos fenómenos en ingeniería.





Identificar la ley de

Faraday con un modelo

matemático para

generar las fórmulas

que permitan los

cálculos en circuitos

eléctricos variables en

el tiempo, conversión

de energía, así como

también completar el

cuadro de ecuaciones

de Maxwell y poder

calcular los parámetros

de la onda

electromagnética.

Problemas del

Legado de

Faraday

Problemas del legado de Faraday: Presentación Conceptos Físicos Redacción Estrategia de

solución Reflexión sobre

resultados Tiempo de entrega.

Resolver problemas propuestos de conversión de energía, circuitos: LC, RL, RLC.

Inducción

electromagnética

Ley Faraday- Lenz

FEM de movimiento

Inductancia

Circuitos RL

Circuitos RLC

Circuito LC

Ecuaciones de

Maxwell

Onda

Electromagnética

Pizarrón

Libro


9

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa)

Evidencia Ponderación Problemas de campos electrostáticos 6 % Resolución de casos de Energía Potencial Electrostática y Potencial 6 % Problemas de conducción eléctrica. 6 % Prototipo de circuito con elementos no lineales como el diodo. 6 % Examen de medio curso 25 % Problemas de las características del campo magnético 6 % Casos de la Ley de Ampere 6 % Problemas del Legado de Faraday 6 %

Examen Ordinario 25 % Producto integrador de aprendizaje:

Producto integrador 8 %

Al finalizar esta unidad de aprendizaje el estudiante entregará un portafolio el cual contendrá un mapa conceptual de las ondas electromagnéticas y las ecuaciones de Maxwell.

Fuentes de apoyo y consulta:

Libro: Física Universitaria Volumen I Décimo tercera edición

Autor: Young, Hugn D. y Freedman, Roger A.

Editorial: Pearson, México, 2013

Libro: Física Universitaria con Física Moderna. Vol II. 13ª Edición

Autor: Addison-Wesley, 2014

Editorial: Addison- Wesley


10

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Libro: Física para la Ciencia y la Tecnología, Apéndices y respuestas. Autor: Paul A. Tipler; Gene Mosca, Reverte. 2015

Editorial: Reverte

Libro: El Aprendizaje activo de la Física Básica Universitaria

Autor: J. Benegas

Editorial: S.L. Torculo Ediciones 2013

Libro: Física parte específica: Prueba de acceso a la universidad para los mayores de 25 años Autor: VV.AA.

Editorial: MAD, 2015

Libro: The Theory of Electromagnetism,

Autor: D.S. Jones

Editorial:

o Tema: Campo Magnético de una corriente rectilínea Liga: http://www.walter-fendt.de/ph14s/mfwire_s.htm

Fecha última revisión: 05/12/2015

o Tema: Estudio de la formación de una lente térmica generada en un medio óptico no lineal Liga: http://www.fcfm.buap.mx/assets/docs/docencia/tesis/fisica/2015/CuatecatlTlapapatlMiriam.pdf

Fecha última revisión: 2015


11

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Revista: Enseñanza de la Física Año: 2014

# de revista:

Mes:

Nombre del artículo: Inducción Electromagnética en libros de texto universitarios básicos: análisis de la presentación en el sistema lingüístico.

Autor: Elena Hoyos, María Cecilia Pocoví

Revista: Electrónica Quimera

Año: 2014

# de revista:

Mes:

Nombre del artículo: Diseño de prototipos experimentales orientados al aprendizaje del Electromagnetismo

Autor: Yenifer Márquez, Juan Terán, Nillyan Briceño, Leonardo Angulo.

Perfil del docente:

Licenciatura y/o Maestría afín con el contenido del curso, preferiblemente en el área de la Ingeniería o de Física, amplio conocimiento de los temas tratados en el curso sobre todo con aplicaciones en ingeniería, preparación didáctica adecuada para impartir un curso centrado en el aprendizaje y basado en competencias. Ficha bibliográfica del profesor:

M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa, Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones con Maestría en Ingeniería Eléctrica ambos en la UANL, imparte esta clase desde hace 20 años. M.C. Silvia del Socorro Argaéz Morales,


12

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 2


Dr. Andrés Alberto Áviles Alvarado, Licenciatura en Física por UABC (2000-2004), Maestría y Doctorado en Astronomía por UNAM- Ensenada (2004-2011), 5 años como impartidor de la unidad de aprendizaje Física III (2009-2013) FIAyD-UABC. 2013 a la fecha. FIME-UANL M.C. MIGUEL ÁNGEL GUTIÉRREZ ZAMARRIPA M.C. AMELIA GONZÁLEZ CANTÚ

JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO DRA. NORMA ESTHELA FLORES MORENO DR. ARNULFO TREVIÑO CUBERO COORDINACIÓN GENERAL ACADÉMICA SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

DE CIENCIAS BÁSICAS

Documents

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …¬SICA-III-FIM… · campo, el potencial eléctrico, el campo electromagnético y las ondas electromagnéticas para resolver problemas