ECUACIONES DE MAXWELL La síntesis del campo electromagnético.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …¬SICA-III-FIM… · campo, el potencial...
Transcript of UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …¬SICA-III-FIM… · campo, el potencial...
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.
UANL - FIME Física III
2
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
UANL - FIME Física III
3
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
UANL - FIME Física III
4
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Física III
5
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Física III
6
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
UANL - FIME Física III
7
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
UANL - FIME Física III
8
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
UANL - FIME Física III
9
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Física III
10
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Física III
11
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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,
UANL - FIME Física III
12
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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