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1

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ELETRICIDAD Y MAGNETISMO

INGENIERÍA MECATRÓNICA

2

FFFF----RPRPRPRP----CUPCUPCUPCUP----17/REV:0017/REV:0017/REV:0017/REV:00

DIRECTORIODIRECTORIODIRECTORIODIRECTORIO

Secretario de Educación PúblicaSecretario de Educación PúblicaSecretario de Educación PúblicaSecretario de Educación Pública

Dr. Reyes Taméz Guerra

Subsecretario de Educación Superior Dr. Julio Rubio Oca Coordinador de Universidades Politécnicas

Dr. Enrique Fernández Fassnacht

3

PAGINA LEGALPAGINA LEGALPAGINA LEGALPAGINA LEGAL

Jaime Avendaño Gómez (UPVM) Primera Edición: 200_ DR 2005 Secretaría de Educación Pública México, D.F. ISBN-----------------

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ÍNDICEÍNDICEÍNDICEÍNDICE

INTRODUCCIÓN.........................................................INTRODUCCIÓN.........................................................INTRODUCCIÓN.........................................................INTRODUCCIÓN......................................................... 5555 FICHA TÉCNICA.............................................FICHA TÉCNICA.............................................FICHA TÉCNICA.............................................FICHA TÉCNICA............................................................................................................. 6666 IDENTIDENTIDENTIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE IFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE IFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE IFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE 8888 PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE........................PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE........................PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE........................PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE............................................................ 11111111 DESARROLLO DE PRÁCTICAS.DESARROLLO DE PRÁCTICAS.DESARROLLO DE PRÁCTICAS.DESARROLLO DE PRÁCTICAS..................................................................................................................................................... 14141414 INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA .………DE EVALUACIÓN SUMATIVA .………DE EVALUACIÓN SUMATIVA .………DE EVALUACIÓN SUMATIVA .……… 21212121 GLOSARIO...........................GLOSARIO...........................GLOSARIO...........................GLOSARIO................................................................................................................................................................................................... 35353535 BIBLIOGRAFÍA .................................................BIBLIOGRAFÍA .................................................BIBLIOGRAFÍA .................................................BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 41414141

5

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

El presente manual es una guía para la materia de Electricidad y Magnetismo, con la finalidad de ser un instrumento de referencia. Las leyes de la electricidad y el magnetismo desempeñan un papel central en la operación de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como radios, televisores, motores, por mencionar algunos. El magnetismo era conocido por los chinos en el año 2000 a.c. y los griegos descubrieron que frotando ámbar con un paño podían atraer pequeños trozos de papel y que el hierro podía traer pedazos de una piedra llamada magnetita. Fue hasta 1600 que el inglés William Gilbert que descubrió que la electrificación no estaba limitada solo al ámbar sino que se trataba de un fenómeno general. En los años siguientes los científicos electrificaban una infinidad de objetos incluyendo personas. Los experimentos de Coulomb determinaron la fuerza eléctrica entre partículas cargadas. Fue hasta la primera mitad del siglo XIX cuando los científicos establecieron que la electricidad y el magnetismo eran fenómenos relacionados. En 1819 Hans Oersted descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se colocaba cerca de un circuito que conducía corriente eléctrica. En 1831 Michael Faraday mostró que cuando un alambre se movía cerca de un imán, se establecía una corriente eléctrica en el alambre. El objetivo de esta asignatura es que “el alumno analice los principios y leyes electromagnéticas, así como el comportamiento de los elementos pasivos y activos en circuitos eléctricos” conocimientos fundamentales y básicos en asignaturas del área eléctrica y electrónica. En la primera unidad de aprendizaje se analizan las cargas electrostáticas y sus efectos, como la fuerza eléctrica, el campo eléctrico, potencial y flujo eléctrico, enseguida se presenta una introducción a los circuitos eléctricos de corriente continua aplicando ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff para obtener cualquier corriente y/o voltaje, se explica el comportamiento del capacitor en un circuito de c.c. Posteriormente se realiza un análisis magnetostático en conductores que transportan carga, estudiando el campo magnético generado a partir de una corriente eléctrica, la fuerza magnética y los momentos de torsión que son el principio de los motores de c.c. La cuarta unidad de aprendizaje describe la inducción electromagnética, la ley de Faraday y Lenz que son fundamentales en la generación de la energía eléctrica mediante una fem inducida y el funcionamiento de varias máquinas eléctricas. Finalmente se analizan los circuitos de corriente alterna estudiando las características de las fuentes y elementos pasivos en c.a. en circuitos serie y paralelo. Esta asignatura contribuye con sus conocimientos y habilidades en materias omo Análisis de Circuitos Eléctricos y Máquinas Eléctricas, siendo una de las asignaturas básicas en la formación de un Ingeniero Mecatrónico.

6

FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA

Nombre: Electricidad y Magnetismo

Clave:

Justificación:

Esta asignatura es fundamental para el análisis del comportamiento de elementos pasivos y activos que intervienen en los circuitos eléctricos y las leyes que rigen a los dispositivos magnéticos y electromecánicos Es la base para las asignaturas de análisis de circuitos eléctricos, sensores, actuadores y máquinas eléctricas, que son fundamentales para la formación del ingeniero mecatrónico.

Objetivo: Desarrollar la capacidad en el alumno para analizar los principios y leyes electromagnéticas que rigen a los circuitos eléctricos, dispositivos magnéticos y electromecánicos.

Pre requisitos:

Realice sumas vectoriales en dos dimensiones Resuelva sistemas de ecuaciones lineales Resuelva derivadas e integrales sencillas Interpreta el producto punto y producto cruz

Capacidades

• Distingue entre campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos. • Describe una fuerza eléctrica y una magnética. • Describe y evalúa una diferencia de potencial. • Evalúa circuitos R, RC, RL, LC y RLC, en corriente continua. • Muestra como se genera una fem. • Explica las características de voltaje y corriente alterna en circuitos eléctricos.

Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje:

UNIDADES DE APRENDIZAJE

TEORÍA PRÁCTICA

presencial No

presencial

presencial No

presencial

Análisis electrostático

8 1 8 2

Circuitos de corriente continua

8 1 12 3

Análisis magnetostático

7 1 5 1

Inducción electromagnética

6 1 8 2

Circuitos de corriente alterna

7 1 6 2

Total de horas por cuatrimestre: 90 (TP 36, PP 39, TNP 5, PNP 10) Total de horas por semana: 6 Créditos: 6

FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA

Electricidad y MagnetismoElectricidad y MagnetismoElectricidad y MagnetismoElectricidad y Magnetismo

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Bibliografía:

INTRODUCCIÓN AL ELECTROMAGNETISMO, Zoya Popovic & Branco D. Popovic, CECSA

FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA (Tomo II), Serway & Beichner,

McGraw Hill

ANALISIS DE CIRCUITOS EN INGENIERIA, William H. Hayt, Jr., Jack E. Kemmerly & Steven M. Durbin, McGraw Hill

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IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Unidades de Aprendizaje

Resultados de Aprendizaje

Criterios de Desempeño

El alumno será competente cuando:

Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Horas Totales

Análisis electrostático

El alumno distinguirá entre

campos eléctricos, magnéticos y

electromagnéticos

Identifique los conceptos básicos EC: carga eléctrica, electrón,

conductor, aislante.

19

Identifique los diferentes campos EC: eléctrico, magnético,

electromagnético.

El alumno calculará fuerzas eléctricas entre

partículas cargadas.

Aplica de forma correcta la ecuación ejercida por las cargas eléctricas

EC: Ley de Coulomb EP: Fuerzas entre cargas ED: Solución de ejercicios

El alumno distingue entre un potencial eléctrico y una diferencia de

potencial

Describe un potencial eléctrico y una diferencia de potencial

EC: Potencial eléctrico, diferencia de potencial

EP: Diferencia de potencial ED: Un problema de una diferencia de potencial

El alumno calcula y mide una

diferencia de potencial

Realice cálculos y mediciones físicas de una diferencia de potencial

El alumno analiza y calcula el vector de un campo eléctrico

Realice cálculos de campos eléctricos

EC: Ley de Gauss, flujo eléctrico

EP: Campos eléctricos ED: Solución de ejercicios

El alumno esquematiza

dispositivos que se basan en la

electrostática

Ilustra el funcionamiento de un dispositivo electrostático de forma

teórica y/o práctica

EC: Generador de Van De Graaff, Precipitador

electrostático, Xerografía, Tubo de rayos catódicos,

Motor de Franklin EP: Generador de Van De

Graaff, Precipitador electrostático, Xerografía, Tubo de rayos catódicos,

Motor de Franklin

Circuitos de corriente continua

El alumno compara e identifica las

fem´s Explica una fuerza electromotriz EC: Generador, Batería, Pila

24

El alumno analiza el efecto de la

resistividad en los materiales

Asocia la resistividad con la resistencia eléctrica

EC: Resistividad, Resistencia eléctrica

EP: Resistencias mediante el código de colores

Calcula la resistencia eléctrica de algún material

EP: Conductores, metales, dieléctricos

El alumno aplica la Ley de Ohm a

diversos circuitos eléctricos

Realiza cálculos de voltaje y corriente para diversas configuraciones sencillas de circuitos eléctricos

EC: Ley de Ohm, voltaje, corriente

EP: Voltajes, corrientes, resistencias

IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE

9





Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Horas Totales

Analiza la relación voltaje-corriente

El alumno analizará circuitos

eléctricos complejos

utilizando las leyes de Kirchhoff

Realiza cálculos de voltaje y corriente para configuraciones complejas de

circuitos eléctricos

EC: Leyes de Kirchhoff EP: Solución de ejercicios

El alumno examina la estructura de un

capacitor, sus propiedades y aplicaciones

Explica el funcionamiento de un capacitor y las curvas características

en un circuito RC

Realiza cálculos de capacitancias, corrientes en el tiempo, constantes

de tiempo,

EC: Capacitancia, dieléctricos, constante dieléctrica

EP: Solución de ejercicios

El alumno analiza la carga y descarga

de un capacitor El alumno analiza

el efecto en el voltaje y la

corriente en un circuito RC

Análisis magnetostático

El alumno analiza la fuerza

magnética ejercida sobre una

partícula cargada que se mueve en

un campo magnético

Realiza cálculos de fuerzas magnéticas en los conductores que

transportan carga EC: Campo magnético, fuerza

magnética EP: Solución de ejercicios

14

Realiza cálculos de momentos de torsión en bobinas

El alumno examina el origen de un

campo magnético

Realiza cálculos de campos magnéticos

EC: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampere, Flujo magnético EP: Solución de ejercicios

El alumno esquematiza

dispositivos que se basan en la

magnetostática

Ilustra el funcionamiento de un dispositivo magnetostático de una

forma teórica y/o práctica

EC: Galvanómetro D'Arsonval, motor de cd, solenoides,

toroides EP: Galvanómetro D'Arsonval,

motor de cd, solenoides, toroides

Inducción electromagnéti

ca

El alumno analiza los campos

eléctricos variables que se originan a partir de campos

magnéticos variables en el

tiempo

Calcula un flujo magnético

EC: Ley de Faraday, Ley de Lenz, fem inducida,

inductancia, autoinductancia, inductancia mutua

EP: Solución de ejercicios

17

Calcula una fem inducida

Determina el sentido de una corriente inducida

Calcula una inductancia

Calcula una inductancia mutua

Circuitos de corriente alterna

El alumno analiza las características de las fuentes de voltaje y corriente

Calcula un valor pico, pico a pico, promedio, frecuencia, amplitud

EC: características EP: Solución de ejercicios

16

10





Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Horas Totales

El alumno analiza el modelo

matemático de los elementos pasivos

en corriente alterna

Aplica el modelo matemático a un circuito RLC

EC: reactancia inductiva, capacitiva, impedancia,

resonancia EP: Solución de ejercicios

11

Resultados de Aprendizaje Criterios de Desempeño

Evidencias (EP, ED, EC, EA)

Instrumento de evaluación

Técnicas de

aprendizaje

Espacio educativo

Total de horas Teoría Práctica

Aula Lab otro HP HNP HP HNP

El alumno distinguirá entre campos eléctricos, magnéticos

y electromagnéticos.

Identifique los conceptos básicos

EC: carga eléctrica, electrón, conductor,

aislante.

Cuestionario Lista de cotejo

Guía de observación

Exposición

X 8 1 8 2

Identifique los diferentes campos

EC: eléctrico, magnético, electromagnético.

Exposición Uso de

analogías

El alumno calculará fuerzas eléctricas entre partículas

cargadas.

Aplica de forma correcta la ecuación ejercida por las

cargas eléctricas

EC: Ley de Coulomb EP: Fuerzas entre cargas ED Solución de ejercicios

Exposición Uso de

analogías Discusión dirigida

Solución de ejercicios en

clase Práctica

mediante la acción

El alumno distingue entre un potencial eléctrico y una diferencia de potencial

Describe un potencial eléctrico y una diferencia de

potencial

EC: Potencial eléctrico, diferencia de potencial

EP: Diferencia de potencial

ED: Mide una diferencia de potencial

El alumno calcula y mide una diferencia de potencial

Realice cálculos y mediciones físicas de una

diferencia de potencial

El alumno analiza y calcula el vector de un campo eléctrico

Realice cálculos de campos eléctricos

EC: Ley de Gauss, flujo eléctrico

EP: Campos eléctricos ED: Solución de ejercicios

Exposición por parte de los alumnos

El alumno esquematiza dispositivos que se basan en

la electrostática

Ilustra el funcionamiento de un dispositivo electrostático

de forma teórica y/o práctica

EC: Generador de Van De Graaff, Precipitador

electrostático, Xerografía, Tubo de rayos catódicos,

Motor de Franklin EP: Generador de Van De

Graaff, Precipitador electrostático, Xerografía, Tubo de rayos catódicos,

Motor de Franklin

PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE

12




Técnicas de

aprendizaje

Espacio educativo



El alumno compara e identifica las fem´s

Explica una fuerza electromotriz

EC: Generador, Batería, Pila

Cuestionario Guía de

observación Lista de Cotejo

Exposición

X

8 1 12 3

El alumno analiza el efecto de la resistividad en los

materiales

Asocia la resistividad con la resistencia eléctrica

EC: Resistividad, Resistencia eléctrica

EP: Identifica las resistencias mediante el

código de colores

Exposición Solución de ejercicios en

clase

X

Calcula la resistencia eléctrica de algún material

EP: Conductores, metales, dieléctricos

El alumno aplica la Ley de Ohm a diversos circuitos

eléctricos

Realiza cálculos de voltaje y corriente para diversas

configuraciones sencillas de circuitos eléctricos

EC: Ley de Ohm, voltaje, corriente

EP: Voltajes, corrientes, resistencias Analiza la relación voltaje-

corriente

El alumno analizará circuitos eléctricos complejos utilizando

las leyes de Kirchhoff

Realiza cálculos de voltaje y corriente para

configuraciones complejas de circuitos eléctricos

EC: Leyes de Kirchhoff EP: Voltajes, corrientes

El alumno examina la estructura de un capacitor,

sus propiedades y aplicaciones

Explica el funcionamiento de un capacitor y las curvas

características en un circuito RC

Realiza cálculos de capacitancias, corrientes en

el tiempo, constantes de tiempo,

EC: capacitancia, dieléctricos, constante

dieléctrica EP: Solución de ejercicios

Exposición Solución de ejercicios en

clase Práctica

mediante la acción

El alumno analiza la carga y descarga de un capacitor

El alumno analiza el efecto en el voltaje y la corriente en un

circuito RC

El alumno analiza la fuerza magnética ejercida sobre una

partícula cargada que se mueve en un campo

Realiza cálculos de fuerzas magnéticas en los conductores que transportan carga

EC: Campo magnético, fuerza magnética

EP: Resuelve ejercicios (1)

Cuestionario Guía de

observación Lista de cotejo

Exposición Discusión dirigida

Solución de

X X 7 1 5 1

13




Técnicas de

aprendizaje

Espacio educativo



magnético Realiza cálculos de momentos de torsión en

bobinas

ejercicios en clase

El alumno examina el origen de un campo magnético

Realiza cálculos de campos magnéticos

EC: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampere, Flujo

magnético EP: Solución de ejercicios

El alumno esquematizará dispositivos que se basan en

la magnetostática

Ilustra el funcionamiento de un dispositivo

magnetostático de forma teórica y/o práctica

EC: Galvanómetro D'Arsonval, motor de cd,

solenoides, tiroides EP: Galvanómetro

D'Arsonval, motor de cd, solenoides, toroides

Exposición por parte de los alumnos

El alumno analiza los campos eléctricos variables que se originan a partir de campos magnéticos variables en el

tiempo

Calcula un flujo magnético

EC: Ley de Faraday, Ley de Lenz, fem inducida,

inductancia, autoinductancia,

inductancia mutua EP: Solución de ejercicios


Exposición Discusión dirigida

Solución de ejercicios en

clase

X X 6 1 8 1

Calcula una fem inducida

Determina el sentido de una corriente inducida

Calcula una inductancia

Calcula una inductancia mutua

El alumno analiza las características de las fuentes

de voltaje y corriente

Calcula un valor pico, pico a pico, promedio, frecuencia,

amplitud

EC: características EP: Solución de ejercicios


Exposición Práctica

mediante la acción

X X 7 1 8 1 El alumno analiza el modelo

matemático de los elementos pasivos en corriente alterna

Aplica el modelo matemático a un circuito RLC

EC: Reactancia inductiva, capacitiva, impedancia,

resonancia EP: Solución de ejercicios

14

DESARROLLO DE PRÁCTICADESARROLLO DE PRÁCTICADESARROLLO DE PRÁCTICADESARROLLO DE PRÁCTICA

Fecha:

Nombre de la asignatura:

Electricidad y Magnetismo

Nombre: Mediciones de voltaje y corrientes de rama

Número :

1

Duración (horas) :

2

Resultado de aprendizaje:

El alumno realizará mediciones de voltajes y corrientes de rama en un circuito eléctrico empleando los instrumentos apropiados

Justificación

Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:

Actividades a desarrollar: Armar un circuito eléctrico. Realizar las mediciones de voltaje y corrientes de rama para el circuito eléctrico dado y comparar el resultado de las mediciones con el resultado analítico. Leer e interpretar de manera adecuada la lectura del instrumento. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: una medición de cada voltaje y corriente de rama del circuito eléctrico. EP: Reporte de práctica de acuerdo al formato establecido.

DESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICA

15

Fecha:


Electricidad y magnetismo

Nombre: Carga y descarga de un capacitor

Número :

2

Duración (horas) :

2


El alumno realizará mediciones de voltaje y corriente en un circuito RC empleando los instrumentos apropiados

Justificación


Actividades a desarrollar: Armar el circuito. Conectar los aparatos de medición. Realizar las mediciones correspondientes y compararlas con los resultados analíticos. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: tres mediciones usando el osciloscopio de un circuito RC EP: Reporte de practica de acuerdo al formato establecido


16

Fecha:



Nombre: Fuerza de Lorentz

Número :

3

Duración (horas) :

1


El alumno comprobará la fuerza de Lorente mediante un dispositivo magnético

Justificación


Actividades a desarrollar: Colocar un conductor con corriente eléctrica dentro de un campo magnético estable, observar lo que sucede y después invertir el sentido de la corriente, enseguida cambiar la polaridad del campo magnético Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: dispositivo magnético EP: Reporte de práctica de acuerdo al formato establecido.


17

Fecha:



Nombre: Fem inducida

Número :

4

Duración (horas) :

1


El alumno inducirá una fem

Justificación


Actividades a desarrollar: El alumno conectará las terminales de una bobina un led. Pasar con rapidez un imán permanente muy cerca de la bobina repetitivamente Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: Generador eléctrico EP: Reporte de práctica de acuerdo al formato establecido.


18

Fecha:



Nombre: Circuito RLC

Número :

5

Duración (horas) :

2


El alumno realizará mediciones de la frecuencia en un circuito RCL empleando los instrumentos apropiados

Justificación


Actividades a desarrollar: Armar el circuito eléctrico. Conectar los aparatos de medición. Realizar la medición y comparar con los resultados analíticos. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: tres mediciones usando el osciloscopio en un Circuito RLC EP: Reporte de practica de acuerdo al formato establecido


19

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL VALLE DE MÉXICO


EVALUACIÓN DE PROYECTO INTEGRADOR

CUESTIONARIO C-01

DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN

NOMBRE DEL ALUMNO: MATRICULA: FIRMA DEL ALUMNO:

PRODUCTO: PARCIAL: FECHA:

MATERIA: CLAVE:

NOMBRE DEL MAESTRO: FIRMA DEL MAESTRO:

INSTRUCCIONES

Analice el enunciado de la columna de la izquierda y relaciónelo con los conceptos de la columna derecha, anotando dentro del paréntesis la letra correspondiente al enunciado.

( ) Es la región del espacio que rodea a un objeto cargado y en la cuál se manifiesta

una fuerza.

( ) Es la región del espacio que rodea a un con conductor que transporta carga y en la

cuál se manifiesta una fuerza.

( ) Un campo magnético variable en el tiempo que genera un campo eléctrico también

variable en el tiempo.

( ) Número de líneas que atraviesan un área.

( ) Número neto de líneas que atraviesan una superficie cerrada.

( ) Trabajo que se realiza al desplazar una carga desde un punto a otro

a) Campo electromagnético b) Campo magnético c) Campo eléctrico d) B·A e) q/ε0 f) Diferencia de Potencial g) Potencial eléctrico

INSTRUCCIONES

Resuelva los siguientes problemas, construyendo un diagrama de cuerpo libre, siguiendo una metodología empleando las fórmulas correctas en cada problema, el resultado debe ser satisfactorio.

Calcule la fuerza eléctrica resultante ejercidas por las cargas q2, q3, y q4 sobre la carga q1. Datos: q1= 65 nC, y (0,0) q2= -70 nC, y (0, 0.1m) q3= 80 nC, y (0.2m, 0) Q4= 90 nC, y (0.2m, 0.1m)

20

Del ejemplo anterior calcule el vector del campo eléctrico sobre una carga de prueba “P” colocada en el punto (0, 0)

CALIFICACIÓN:

21




CUESTIONARIO C-02




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES


( ) Dispositivo que suministra energía eléctrica.

( ) Flujo de carga neto a través de alguna región.

( ) Es una medida de la facilidad con la que se mueven los electrones a través de

cierto material.

( ) Se opone al paso de la corriente.

( ) Es un modelo matemático de un dispositivo eléctrico de dos terminales, y se

caracteriza por su relación tensión-corriente.

( ) Es la capacidad de almacenar energía eléctrica.

a) Capacitor b) Capacitancia c) Fuente de voltaje o corriente d) Resistividad e) Resistencia eléctrica f) Fuerza electromotriz g) Corriente eléctrica

INSTRUCCIONES

Analice los siguientes circuitos, y calcule lo que se pide, siguiendo el procedimiento adecuado (Ver Lista de cotejo LC-02 y LC-03)

Calcule las corrientes de rama del siguiente circuito:

22

Determine el tiempo en el cual el capacitor estará a un 70% de su máxima capacidad, y la corriente en ese instante de tiempo.

10kΩ 8kΩ

10kΩ 8kΩ

15kΩ

30V 0.9µF

CALIFICACIÓN:

23




CUESTIONARIO C-03




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES


( ) Es la fuerza que se ejerce sobre un objeto de prueba que se mueve a una velocidad.

( ) Actúa de forma perpendicular a la trayectoria del objeto de prueba y al campo

( ) Su magnitud depende de la velocidad del objeto de prueba, de la magnitud y

dirección del campo

( ) Número de líneas que atraviesan un área.

( ) La integral de línea B•ds alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a µ0I,

donde I es la corriente continua total que pasa por cualquier superficie delimitada

por la trayectoria cerrada.

a) Flujo magnético b) Campo magnético c) Ley de Amperé d) Fuerza magnética e) Fuerza eléctrica f) Ley de Biot-Savart

INSTRUCCIONES

Analice las siguientes figuras, y calcule lo que se pide, siguiendo el procedimiento adecuado (Ver Lista de cotejo LC-04).

Calcule el momento de torsión y determine el sentido de giro para la siguiente bobina de 100 vueltas.

24

Calcule el campo magnético en el punto “P” y determine su dirección para la siguiente figura.

CALIFICACIÓN:

25




CUESTIONARIO C-04




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES


( ) Establece que una corriente eléctrica se puede inducir en un circuito mediante un

campo magnético variable.

( ) Establece que polaridad de la fem inducida es tal que tiende a producir una

corriente que crea un flujo magnético, el cual se opone al cambio del flujo.

magnético a través del área encerrada por la espira de la corriente.

( ) Dispositivo que convierte la energía mecánica en eléctrica.

( ) Dispositivo que convierte la energía eléctrica en mecánica.

( ) Constante de proporcionalidad de una bobina.

( ) Establece un campo magnético que se opondría al cambio en el campo magnético

de origen. Por ende, la dirección de la fem inducida es opuesta a la fem de fuente.

( ) Establece que el flujo magnético a través del área encerrada por un circuito varíe

con el tiempo debido a corrientes variables en el tiempo en circuitos cercanos.

a) Autoinductancia b) Ley de Faraday c) Inductancia d) Ley de Lenz e) Generador f) Inductancia mutua g) Motor

INSTRUCCIONES

Resuelva los siguientes problemas siguiendo una metodología empleando las fórmulas correctas, el resultado debe ser satisfactorio.

26

Determine si el sentido de la corriente inducida en la espira es el de IA o IB, empleando la Ley de Lenz

Un poderoso electroimán produce un campo uniforme de 1.60 T sobre un área de sección transversal de 0.200 m2. Alrededor del electroimán se coloca una bobina que tiene 200 vueltas y una resistencia total de 20.0 Ω. Luego la corriente en el electroimán disminuye suavemente hasta que alcanza cero en 20.0 ms. ¿Cuál es la corriente inducida en la bobina?

CALIFICACIÓN:

27




CUESTIONARIO C-05




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES


( ) Es el valor máximo de voltaje de salida en un generador.

( ) Es un valor promedio, la raíz cuadrada media.

( ) Es la oposición al paso de la corriente en un circuito de ca.

( ) Está compuesta de una resistencia y una reactancia en serie.

( ) Reactancia inductiva.

( ) Reactancia capacitiva.

( ) Atrasa al voltaje respecto a la corriente.

( ) Adelanta la corriente respecto al voltaje.

( ) Dispositivo que cambia las características del voltaje alterno sin afectar su potencia

h) ωL i) Amplitud j) rms k) Impedancia l) 1/ωC m) Transformador n) Valor pico a pico o) Reactancia

INSTRUCCIONES

Resuelva los siguientes problemas siguiendo una metodología empleando las fórmulas correctas, el resultado debe ser satisfactorio.

En un circuito de ca puramente inductivo, L= 225 mH y el voltaje rms es de 150 V. Calcule la reactancia inductiva y la corriente rms en el circuito si la frecuencia es de 60 Hz.

Un circuito RLC de ca en serie tiene R = 425 Ω, L= 1.25 H, C = 3.5 µF, ω=377s-1 y ∆Vmáx= 150 V. a) Determine la reactancia inductiva, capacitiva y la impedancia del circuito.

CALIFICACIÓN:

28




LISTA DE COTEJO LC-01




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES

Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.

Código Característica a cumplir (Reactivo) CUMPLE

OBSERVACIONES

SI NO

Profundidad de la investigación

Ejemplos prácticos adecuados

Resalto los principios y leyes de la electrostática

CALIFICACIÓN:

29








MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES



OBSERVACIONES

SI NO

Utilizo de forma correcta la Ley de voltajes de Kirchhoff

Utilizo de forma correcta la Ley de corrientes de Kirchhoff

Las ecuaciones resultantes son satisfactorias

Los resultados de las ecuaciones son satisfactorios

CALIFICACIÓN:

30








MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES



OBSERVACIONES

SI NO

La reducción de la combinación serie-paralelo de resistencias es correcta.

El manejo del álgebra en los despejes de las fórmulas es el correcto.

Los resultados son satisfactorios.

CALIFICACIÓN:

31



EVALUACIÓN DE DESEMPEÑOS

GUIA DE OBSERVACIÓN GO-01




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES



OBSERVACIONES

SI NO

Fomenta la participación grupal

Lee la ponencia y explica

Administra y ordena la presentación

Manejo del lenguaje apropiado

Mostraron los objetivos del tema

Entregaron un reporte

CALIFICACIÓN:

32



EVALUACIÓN DE DESEMPEÑOS

GUIA DE OBSERVACIÓN GO-02




MATERIA: CLAVE:


INSTRUCCIONES



OBSERVACIONES

SI NO

Limpieza al armar el circuito

Uso apropiado de los instrumentos de alimentación

Mediciones correctas

Solución al circuito de forma analítica

Entregaron un reporte

CALIFICACIÓN:

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GLOSAGLOSAGLOSAGLOSARIORIORIORIO

AAAA Acumulador. Dispositivo que permite almacenar la energía eléctrica mediante una reacción química reversible que en un sentido capta la energía y en sentido contrario la devuelve. Aislantes. Materiales en los que la carga eléctrica no se puede mover libremente. Alternador. Generador de electricidad compuesto por una bobina giratoria en el seno de un campo magnético, y que produce una corriente alterna. Alto voltaje. Se conocen los voltajes eléctricos que superan a los valores utilizados normalmente que suelen ser 220 V en los usos domésticos. Amperímetro. Dispositivo para medir la intensidad de la corriente eléctrica. Es un galvanómetro más una resistencia muy pequeña en paralelo. Aparato de medición . Dispositivo destinado a realizar una medición, sólo o en conjunto con otros equipos. CCCC Capacitancia. es la razón entre la magnitud de la carga en cualquiera de los dos conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos. Capacitor. Instrumento que proporciona capacitancia, es decir la propiedad de almacenar energía eléctrica por un mal conductor, cuando dos superficies separadas se mantienen a una diferencia de potencial. Condensador eléctrico. Dispositivo que permite aumentar la capacidad de carga electrice de un conductor para lo cual es suficiente con colocar otro conductor descargado próximo a él. Se aumenta la capacidad si entre los dos existe un aislante que puede ser vidrio. Conductancia . La recíproca (1/R) de la resistencia. Se expresa en Siemens. Conductor. Permite el libre paso de los electrones Corriente de pérdida . Corriente que puede degradar mediciones delicadas. Aun caminos con resistencia alta entre conductores de baja corriente y fuentes de tensión cercanas pueden ocasionar

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corrientes de pérdida importantes. Campo eléctrico. Se dice que existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea a un objeto cargado. Cuando otro objeto cargado ingresa a este campo eléctrico, una fuerza eléctrica actúa sobre él. La intensidad (magnitud) del campo eléctrico en la ubicación de la carga de prueba se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. Campo magnético. Se puede definir un campo magnético B en algún punto en el espacio en términos de la fuerza magnética FB que el campo ejerce sobre un objeto de prueba, que en este caso es una partícula que se mueve a una velocidad v. Campo electromagnético. Región del espacio en que se manifiestan las fuerzas eléctricas y magnéticas; en particular, dícese del campo asociado a una radiación electromagnética, que se manifiesta como dos vectores, uno eléctrico y uno magnético, que avanzan con radiación, manteniéndose perpendiculares entre sí y a la vez, a la dirección de propagación DDDD Dieléctrico. Material no conductor. Dipolo magnético Cualquier objeto que tiene dos polos magnéticos iguales pero opuestos en signo. EEEE Electroimán. Imán producido por la corriente eléctrica enrollando un hilo de cobre en torno a una barra de hierro dulce. Electrón. Partícula elemental con carga eléctrica negativa y que forma parte de la constitución atómica y nuclear. Su masa en reposo es de 9,11 x 10-31 Kg, equivalente a 5,5 x 10-4 uma y su carga corresponde a la carga elemental de 1,6 x 10-19 Coulomb. Electrostática. Estudio de las cargas eléctrica en reposo, que comprenden: los campos creados por dichas cargas, los valores del potencial en un punto de dichos campos y las fuerzas de atracción o repulsión entre ellas Energía. Medida de la capacidad para realizar un trabajo. Se expresa en joules (J). Energía Cinética. Energía de un objeto debido a su movimiento.

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Energía Potencial. Energía de un objeto debido a su posición. FFFF Flujo eléctrico. Se representa por medio del número de líneas de campo eléctrico que penetran alguna superficie. Flujo magnético. Se representa por medio del número de líneas de campo magnético que penetran alguna superficie. Fuerza electromotriz. Un aparato o dispositivo que suministra energía eléctrica recibe el nombre de fuente de fuerza electromotriz, o simplemente fuente de fem. La fuerza electromotriz es la magnitud que caracteriza el comportamiento del generador en un circuito eléctrico. Fuente de tensión y corriente. Es un elemento de circuito, el cual es un modelo matemático de un dispositivo eléctrico de dos terminales, y puede caracterizarse por completo por su relación tensión-corriente. Fuente de tensión independiente. Se caracteriza por una tensión de terminal que es por completo independiente de la corriente a través de ella. Es una fuente ideal y no representa exactamente un dispositivo físico real, aunque es una aproximación razonable de varias fuentes de tensión, por ejemplo: la batería de un auto, una toma de corriente domestica Fuente de corriente independiente. Se caracteriza por que la corriente que fluye por el elemento es por completo independiente de la tensión en sus extremos. Como en el caso de la fuente de tensión independiente, es una aproximación razonable para algún elemento físico. En teoría entrega potencia infinita desde sus terminales, puesto que produce la misma corriente finita para cualquier tensión en sus extremos, sin importar cuán grande sea la tensión. Fuentes dependientes. La cantidad de fuente esta controlada por una tensión o corriente existente en cualquier otro lugar del sistema que se analiza. Las fuentes de este tipo aparecen en los modelos electrónicos, como los transistores, amplificadores operacionales y circuitos integrados. GGGG Galvanómetro. Dispositivo para medir la inmensidad de corrientes de baja intensidad. Generador eléctrico. Dispositivo que convierte la energía mecánica en eléctrica.

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IIII Inductancia constante de proporcionalidad que depende de su geometría. LLLL Ley de Ampere. La integral de línea B•ds alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual a µ0I, donde I es la corriente continua total que pasa por cualquier superficie delimitada por la trayectoria cerrada. Ley de Biot-Savart. Expresión matemática que proporciona el campo magnético en algún punto en el espacio en términos de la corriente que produce el campo. Ley de Faraday. una corriente eléctrica puede inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. En general, la fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez de cambio en el flujo magnético a través del circuito. Ley de Gauss. Establece que el flujo eléctrico neto a través de una superficie cerrada es igual a la carga neta dentro de la superficie dividida por e0. Ley de Kirchhoff de voltaje. La suma algebraica de las tensiones alrededor de cualquier trayectoria cerrada es cero. Ley de Kirchhoff de corriente. La suma de las corrientes que entran a un nodo, debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de dicho nodo. Ley de Lenz. La polaridad de la fem inducida es tal que tiende a producir una corriente que crea un flujo magnético, el cual se opone al cambio del flujo magnético a través del área encerrada por la espira de la corriente. Ley de Ohm. establece que la tensión en los extremos de materiales conductores es directamente proporcional a la corriente que fluye a través del material MMMM Magnitud. (medible) Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que es susceptible de ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente Medición. Conjunto de operaciones que tienen por objeto determinar el valor de una magnitud.

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Método de medición . Conjunto de operacionales teóricas y prácticas, en términos generales, involucradas en la realización de mediciones de acuerdo a un principio establecido. Multímetro. Instrumento utilizado para medir tensión, corriente, re-sistencia y otros parámetros eléctricos. Multímetro digital. Instrumento electrónico que mide tensión, corriente, resistencia y otros parámetros eléctricos, convirtiendo la señal analógica en información digital, la que se muestra en un “display” o pantalla. NNNN Nodo. Un punto donde dos o más elementos tienen una conexión en común. OOOO Osciloscopio. Instrumento que muestrea, digitaliza, almacena y visualiza formas de onda de voltaje analógico. PPPP Potencial eléctrico. Es el trabajo realizado al desplazar una carga de un punto a otro dentro de un campo eléctrico. RRRR Rama. Trayectoria única en una red, compuesta por un elemento simple y el nodo en cada extremo de ese elemento. Resistencia eléctrica. Oposición al paso de la corriente eléctrica. Resistividad. Es una medida de la facilidad con la que se mueven los electrones a través de cierto material. SSSS Señal. Así se le denomina a una variable de un sistema físico que puede ser medida. Señal analógica. Señal capaz de tomar valores continuos en su magnitud. Señal digital. Son todas aquellas señales que pueden tomar únicamente valores discretos.

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Sistema de medición. Conjunto completo de instrumentos de medición y otros dispositivos ensamblados para realizar una labor de medición específica. Solenoide. Es un alambre largo enrollado en la forma de una hélice. TTTT Transductor de medición. Dispositivo de medición que establece correspondencia entre una magnitud de entrada y una de salida, conforme a una relación determinada. VVVV Variable. En un sentido muy general, este término se emplea para indicar cualquier magnitud física que pueda sufrir cambios. Si se controlan estos cambios se tiene una variable independiente. Si la cantidad física cambia en respuesta a la variación de una o más variables, se tiene una variable dependiente.

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BIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌA

INTRODUCCIÓN AL ELECTROMAGNETISMO, Zoya Popovic & Branco D. Popovic, CECSA

FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA (Tomo II), Serway & Beichner, McGraw

Hill

ANALISIS DE CIRCUITOS EN INGENIERIA, William H. Hayt, Jr., Jack E. Kemmerly & Steven M. Durbin, McGraw Hill

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