PROGRAMA DE LA MATERIA

OBJETIVOS GENERALES:

Al término del curso el estudiante debe ser capaz de:

1.      Formular las leyes de la electrostática.

2.      Formular las leyes de la magnetostática.

3.      Aplicar sus conocimientos a la solución de problemas de electricidad y magnetismo.

DESCRIPCION DE LA MATERIA:

Es un curso introductorio a las leyes de la electricidad y el magnetismo en el cual se parte de las leyes de Coulomb, de Ampere y demás propiedades de los campos. Hace uso exhaustivo del álgebra de vectores, entrena al estudiante en el uso del cálculo diferencial e integral de una variable real en una variable real, motiva el estudio del cálculo de varias variables y se introducen los conceptos de gradiente, divergencia, rotacional; integrales de línea, de superficie y de volumen para formular las leyes de la teoría electromagnética. La solución de problemas lleva como propósito la adquisición de habilidad al resolverlos y la profundidad en la comprensión de la física involucrada. Como en los cursos introductorios previos, esta asignatura debe ayudar al estudiante a reforzar la forma de abordar la solución de problemas y el desarrollo del análisis de los fenómenos.

En el trabajo experimental se espera que el estudiante: 1) practique procedimientos sistematizados para la toma de datos; 2) mantenga hábitos de trabajo apropiados en el laboratorio; 3) practique conocimientos básicos sobre conceptos tales como errores sistemáticos y errores al azar, cifras significativas, lectura de escalas de medición, propagación de errores e incertidumbres en las mediciones; 4) calcule, en forma elemental, medias, desviaciones estándar, porcentajes de error y porcentajes de diferencia; y 5) refuerce su aprendizaje en la preparación de gráficas para presentar sus resultados.

 

  • CONTENIDO DEL PROGRAMA
 Referencia
Libro, Capítulo

A. ELECTRICIDAD.

1. Cargas Eléctricas y La Ley de Coulomb. (10 Hrs.)

Objetivo:  
 
          1.1  Reseña histórica de la electricidad.
          1.2  Concepto de carga eléctrica.
          1.3  Tipos de cargas.
          1.4  Formas de cargar un cuerpo.
                1.4.1   Fricción.
                1.4.2   Contacto.
                1.4.3   Inducción.
          1.5  Unidades de carga eléctrica.
          1.6  Propiedades de al carga.
           1.6.1  Conservación.
           1.6.2  Cuantización.
          1.7  Aislantes y conductores.
          1.8  Carga eléctrica y estructura atómica: iones y átomos.
          1.9  Concepto de carga puntual.
          1.10    Ley de Coulomb y su aplicación a la fuerza ejercida entre:
              1.10.1    Dos cargas puntuales.
                   1.10.2   Un conjunto de cargas puntuales.
Libro    cap. 
 
 

2. Campo Eléctrico. (10 Hrs.)

Objetivo:  
 
          2.1  Origen del concepto del campo eléctrico.
          2.2  Definición de campo eléctrico y la expresión para la fuerza
                 experimentada por un cuerpo cargado en presencia de un campo
                 eléctrico.
           2.3  Campo eléctrico producido por un cuerpo cargado puntual.
          2.4  Campo eléctrico producido por un conjunto de cuerpos
                  cargados
                  puntuales.
          2.5  Líneas de campo eléctrico.
          2.6  El dipolo eléctrico.
           2.7  Campo producido por cuerpos puntuales no cargados.
                  2.7.1  La esfera conductora cargada.
                  2.7.2  La placa cargada.
                  2.7.3  Dos placas planas paralelas cargadas con igual cantidad de
                           carga y signo opuesto.
                  2.7.4  Un cilindro cargado.
                  2.7.5  Dos cilindros concéntricos con igual cantidad de carga y
                           signo opuesto.
           2.8  Un conductor eléctrico cargado y aislado en condiciones
                   electrostáticas: Jaula de Faraday.
            2.9    Ruptura dieléctrica de los aislantes: 
            2.10  Campo máximo que soportan.
           2.11  Movimiento de cuerpos cargados en campos eléctricos
                 uniformes.
Libro    cap. 
 

 

 

3. Potencial Eléctrico. (10 Hrs.)

Objetivo:  
          3.1    Energía potencial eléctrica.
          3.2    Concepto de potencial eléctrico.
          3.3    Potencial eléctrico producido por:
                 3.3.1        Un cuerpo cargado puntual.
                 3.3.2        Un conjunto de cuerpos cargados puntuales.
                 3.3.3        Una distribución continua da carga.
          3.4    Diferencia de potencial producidad por:
                 3.4.1        Un par de placas paralelas con igual cantidad de carga y
                             signo opuesto.
                 3.4.2        Dos cilindros concéntricos con igual cantidad de carga y
                             signo opuesto.
          3.5    Superficies equipotenciales.
          3.6    Un conductor cargado y aislado en condiciones electrostáticas.
          3.7    Ruptura dieléctrica de los aislantes.
          3.8    Energía cinética de las partículas cargadas que son aceleradas
                 por diferencias de potencial.
          3.9  Relación entre campo y potencial eléctrico: cálculo de E a partir
                 de V.
Libro    cap. 

4.  Capacitores. (4 Hrs.)

Objetivo:

          4.1    Concepto de capacitor.
          4.2    Definición de capacitancia.
          4.3    Capacitancia de un capacitor.
                 4.3.1  De placas planas paralelas.
                 4.3.2        Cilíndrico.
          4.4    Combinación de capacitores: en serie y en paralelo.
          4.5    Capacitores con dieléctrico:
          4.6  Constante dieléctrica.
Libro   cap. 

5.  Corriente Eléctrica y Circuitos Elementales. (15 Hrs.)

Objetivo:  

          5.1      Corriente eléctrica y densidad de corriente.

          5.2      Resistencia eléctrica y ley de Ohm: materiales óhmicos y no

                  óhmicos.

          5.3       Resistividad y su relación con la resistencia eléctrica.

          5.4       Clasificación de los materiales por su resistividad.

          5.5      Variación de  la resistividad de los materiales con la

                  temperatura: Superconductividad.

          5.6      Teoría microscópica de la conductividad eléctrica.

          5.7       Conductores, aislantes y semiconductores: Bandas de energía.

          5.8       Potencia eléctrica: Ley de Joule.

          5.9       Corriente y voltaje directo.

          5.10  Corriente alterna.

                   5.10.1    Ecuaciones y gráficas de voltaje y corriente contra tiempo.

                   5.10.2    Frecuencia, voltaje de pico y corriente de pico.

                   5.10.3  Corriente, voltaje eficaz, potencia eficaz.

          5.11    Fuerza electromotriz.

                   5.11.1     Leyes de Kirchoff.

                   5.11.2     Cálculo de corriente, voltaje y potencia eléctrica en

                               circuitos con resistores.

                   5.11.3     Circuito RC.

Libro 1  cap. 34
Libro 2  cap. 27

 

B. MAGNETISMOS.

6. Campo Magnético. (10 Hrs.)

Objetivo:

          6.1    Reseña histórica del magnetismo.

          6.2    Magneto y líneas de campo magnético.

          6.3    Fuerza magnética sobre una carga en movimiento: Definición de

                 campo magnético.

          6.4    Movimiento de cargas eléctricas en un campo magnético y las

                 trayectorias que describe: Algunos fenómenos y aplicaciones:

                 6.4.1        Las auroras boreales.

                 6.4.2        Cámara de burbujas.

          6.5    Relación carga masa del electrón.

          6.6    Fuerza magnética sobre una corriente eléctrica transportada por

                 un alambre recto.

          6.7    Motor eléctrico.

          6.8    Efecto Hall en metales.
Libro    cap. 

7. Fuentes de Campos Magnéticos: Ley de Ampere (10 Hrs.)

Objetivo:

          7.1    Ley de Ampere.

          7.2    Cálculo de campos magnéticos producidos por corrientes

                 transportadas por:

          7.3    Fuerza magnética entre dos alámbres paralelos con corrientes

                 eléctricas.

          7.4    Ferromagnetismo: Temperatura de Curie.

          7.5    Ciclo de Histéresis.

          7.6    Diamagnetismo y paramagnetismo. 
Libro    cap. 

8. Inducción Electromagnética: (10 Hrs.)

Objetivo:

          8.1    Fuerza electromotriz inducida.

          8.2    Ley de Faraday y Ley de Lenz.

          8.3    Aplicaciones de la ley de inducción de Faraday.

                 8.3.1        El generador.

                 8.3.2        El transformador y la transmisión de potencia.

          8.4    Inductancia mutua.

          8.5    Inductancia propia: cálculo de inductancias.

          8.6    Circuito LR y sus características.

          8.7    Circuito LC y sus características.
Libro    cap. 
 
Semana
No. de Practica
Nombre de la Práctica.
Objetivo de la Práctica.
1
 
 
 
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8
 
 
 
 
 
 
9 y 10
 
 
 
 
 
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3
 
 
 
 
 
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6
 
 
 
 
 
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9
 
 
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11
 
 
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14
Introducción a Laboratorio.  
 
 
 
Cargas Eléctricas.
 
 
 
Líneas de Campo Eléctrico.
 
 
Jaula de Faraday.
 
 
 
 
 
Superficies Equipotenciales.
 
 
Medición de Corriente, Voltaje y Resistencia.
 
 
Ley de Ohm.
 
 
 
 
 
Potencia Eléctrica en Serie y en Paralelo.
 
 
 
 
 
 
Circuito RC y el Circuito Oscilante.
 
 
 
 
 
Líneas de Campo Magnético.
 
 
Campo Magnético Terrestre.
 
 
Histéresis de un Material.
 
 
Ley de Inducción de Faraday.
 
 
Transformadores: Transmisión de Potencia.
 
 
Circuito RL y RC.  
-El profesor dará a conocer a los alumnos la forma de organización que implementará en el curso de laboratorio.  
 
-Demostrar la existencia de los dos tipos de cargas.
-Determinar el tipo de carga que posee un cuerpo   cargado.
 
-Observar las líneas de campo eléctrico para diferentes configuraciones de carga.
 
-Estudiar un conductor cargado y aislado en condiciones electrostáticas.
-Estudiar la jaula de Faraday.
-Estudiar el efecto que se produce en conductores cargados que poseen puntas.
 
-Hallar y trazar las superficies equipotenciales de cuerpos cargados .
 
-Que el alumno aprenda el manejo y uso de los medidores de corriente, voltaje y resistencia, realizando mediciones de tales cantidades.
 
-Estudiar la relación entre corriente y voltaje para los siguientes materiales y determinar si son óhmicos:
    - Una resistencia de carbón.
    - Un foco.
    - Un diodo (led).
 
-Estudiar la asociación de resistencias en serie y en paralelo.
-Analizar la potencia eléctrica de circuitos que contiene focos en serie y en peralelo.
-Predecir el comportamiento de un circuito en relación a la distribución de la potencia.
 
-Analizar el circuito RC en relación a la variación de la corriente en el tiempo.
-Analizar y medir el período de oscilación de un circuito oscilante cuando se varía la capacitancia del capacitor.  
 
-Observar las líneas de campo magnético de conductores que transportan una corriente eléctrica.
 
-Medir la intensidad de la componente horizontal del campo magnético terrestre de la localidad.
 
-Observar el fenómeno de la histéresis de un material y la magnetización del mismo.
 
-Observar el fenómeno de la inducción eléctrica y comprender la ley de Faraday que la rige.
 
-Estudiar el transformador eléctrico y determinar su eficiencia en la transmisión de la potencia eléctrica.
 
-Estudiar el concepto de inductancia y analizar las propiedades del circuito LR y RC.

 

Número Autor Título Editorial Edición Año
1 TEXTO DE CONSULTA I CONDUCTORES, AISLANTES Y SEMICONDUCTORES: BANDAS DE ENERGÍA.
2 TEXTO BÁSICO 3. CORRIENTE ALTERNA.
3

SEARS F., ZEMANSKY M. Y YOUNG H.

FÍSICA UNIVERSITARIA. ADDISON-WESLEY IBEROAME- RICANA SEXTA
4 RESNICK R., HALLIDAY D. Y KRANE C. FÍSICA, VOL. 1 Y 2. CONTINENTAL TERCERA
5 GINACOLI D. PHISICS FOR SCIENTISTS AND ENGINEERS. PRENTICE HALL SEGUNDA
6 TIPLER P. FÍSICA, TOMO I Y II REVERTÉ
7 CUTNELL J. Y JONSON K. PHISICS JOHN WILEY AND SONS SEGUNDA
8 KANE J. Y STERNHEIM M. PHISICS JOHN WILEY AND SONS SEGUNDA
 

 

 

 

Calendario de Exámenes.

Número de examen
Capítulos que abarca.
Semana para aplicar el examen.
1
1.  Cargas y ley de Coulomb.
2.  Campo eléctrico.
5
2
3.  Potencial eléctrico.
4.  Capacitores.
8
3
5.  Corriente eléctrica y circuitos elementales.
11
4
6.  Campo magnético.
7.  Fuentes de campos magnéticos.
8.  Inducción electromagnética: Ley de Faraday.
17