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ESCUELA DE CIENCIAS Y HUMANIDADESCiencias Bsicas

ASIGNATURA FSICA II

CODIGO CB0239

SEMESTRE 2013-2

INTENSIDADHORARIA

80 horas semestral

CARACTERSTICAS Suficientable

CRDITOS 4

1. JUSTIFICACIN CURSO

Una gran cantidad de los fenmenos asociados a la electricidad y el magnetismo semanifiestan en forma de aplicaciones de diversa ndole y utilidad en las diferentes reasde la ingeniera y la geologa. Adicionalmente el desarrollo tecnolgico actual estdominado por dispositivos, sistemas, procesos y otros elementos, soportados en losfundamentos de la fsica moderna, la misma que en su momento implic un cambioradical en la manera en que el hombre interpretaba los fenmenos microscpicos. Estostres elementos: electricidad, magnetismo y fsica moderna, constituyen el objeto deestudio del presente curso. Este enfoque particular dado en la serie de cursos de Fsica,propone en el primero de ellos una estructura fundamentada en la mecnica y lasondas. El segundo curso del ciclo, aprovecha la nocin de campo gravitacionalpresentada desde la mecnica, para iniciar con el estudio del campo elctrico, en donde

se pone de manifiesto la analoga entre estos dos entes, dejando as la sensacin decontinuidad en la temtica de ambos cursos. La construccin de conocimiento en lasdos primeras unidades de este curso tiene como elemento comn la discusin desde loconstitutivo hasta lo sistmico; es decir, el concepto de electricidad se construye desdela nocin de carga, pasando por la idea de potencial elctrico, hasta la teora de circuitosy capacitores. As tambin el magnetismo se desarrolla desde el entendimiento delfenmeno magntico como tal, pasando por las fuentes y la dinmica del movimiento departculas cargadas, hasta los circuitos de corriente alterna y los dispositivos como lasbobinas. Seguidamente se formaliza la estrecha relacin que hay entre la electricidad yel magnetismo, a travs de las ecuaciones de Maxwell, presentadas de manera tal quehay un mayor nfasis en los aspectos fenomenolgicos, que en la estructura matemticadetrs de stas. Esta presentacin unificada del electromagnetismo conduce de una

manera natural y concluyente a la presentacin de las ondas electromagnticas comoun fenmeno de propagacin de energas elctrica y magntica combinadas, peroperfectamente distinguibles, en donde adems se reconocen las propiedadesparticulares de toda onda. El curso finaliza con algunos aspectos introductorios de lafsica moderna, de gran relevancia en el momento tecnolgico actual (micro ynanotecnologa), el cual evidencia en un profesional de la ingeniera y la geologa lanecesidad de tener una nocin bsica de la estructura microscpica de la materia y los

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modelos que la explican. Con este curso se finaliza el ciclo de formacin bsica enciencias fsicas propuesto para los programas de ingeniera y geologa, de manera quecualquier fundamentacin ms elaborada en el campo particular de estudio que se debaabordar en un futuro, pueda solventarse desde los principios con las temticas ofrecidasaqu.

2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

2.1.

Objetivos generales: Estudiar y comprender los fundamentos tericos y lasaplicaciones de la electricidad, el magnetismo y las ondas electromagnticas.Desarrollar habilidades de anlisis y solucin de situaciones problema, relacionadascon la teora de la electricidad, el magnetismo y las ondas electroagnticas. Conoceralgunos aspectos introductorios de la fsica moderna y su impacto en la tecnologa.UNIDAD 1: Campo elctrico y potencial Objetivos especficos: Construir la nocin decarga elctrica como elemento constitutivo de un ente ms complejo, como lo es elcampo elctrico. Determinar la energa potencial y el potencial elctrico de diferentes

distribuciones de carga. Aplicar los conceptos de carga, campo y potencial elctricoen dispositivos tales como: capacitores, resistencias, fuentes de voltaje y demsequipos medidores de variables elctricas. Analizar algunas configuraciones decircuitos elctricos a la luz de la conservacin de la energa y la carga. Discutiralgunas aplicaciones tecnolgicas fundamentadas en los fenmenos elctricos.UNIDAD 2: Campos magnticos Objetivos especficos: Estudiar el fenmenomagntico y conocer su relacin con el aspecto material. Entender el campo defuerzas que puede experimentar una partcula cargada en presencia de un campoelctrico o un campo magntico y en consecuencia su movimiento. Conocer elfenmeno de induccin y abordar algunas situaciones de aplicacin del mismo.Interpretar y resolver circuitos elctricos sencillos de corriente alterna. Estudiaralgunas aplicaciones del magnetismo y el fenmeno de induccin en ingeniera y

geologa. UNIDAD 3: Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnticas Objetivosespecficos: Estudiar las ecuaciones que unifican la teora de la electricidad y elmagnetismo. Conocer el origen, la estructura y las propiedades de las ondaselectromagnticas. Plantear y resolver problemas relacionados con la cuantificacinde la energa en una onda electromagntica. Entender la nocin de espectroelectromagntico y su alcance. Estudiar y reconocer los fenmenos de reflexin yrefraccin en las ondas electromagnticas. Discutir algunas aplicaciones de lasondas electromagnticas. (Instrumentos pticos). UNIDAD 4: Fsica modernaObjetivos especficos: Entender la estructura de la materia y sus elementosconstitutivos ms relevantes a la luz de la ingeniera y la geologa. Estudiar lanaturaleza de la materia como partcula y como onda, apoyados en el fenmeno dedifraccin de electrones. Conocer el modelo ms aceptado en la actualidad para eltomo. Abordar el estudio del Microscopio Electrnico, como instrumento y comoexperimento que evidencia importantes fenmenos atmicos.

3. DESCRIPCIN ANALTICA DE CONTENIDOS

3.1. UNIDAD 1: Campo elctrico y potencial

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CONTENIDO: Carga elctrica. Ley de Coulomb, campo elctrico y fueras elctricaspara cargas puntuales. Flujo de campo elctrico y ley de Gauss. Clculo del campoelctrico producido por distribuciones continuas de cargas. Energa potencialelctrica para cargas puntuales. Capacitancia y dielctricos. Capacitores en serie yen paralelo. Energa de un capacitor. Corriente, resistencia y resistividad. Circuitos decorriente continua. Resistencias en serie y en paralelo. Aplicaciones de capacitoresen sensores y almacenamiento de energa.

3.2. UNIDAD 2: Campos magnticos

CONTENIDO: Campo magntico y sus fuentes. Fuerza magntica. Lneas de campoy flujo magntico. Movimiento de partculas cargadas en campos. Fuerza magnticasobre un conductor que transporta corriente. Campo magntico de una carga enmovimiento y de un elemento de corriente. La ley de Ampere y sus aplicaciones.Induccin e inductancia. La Ley de Faraday y la ley de Lenz. Fuerza electromotriz demovimiento. Inductancia mutua. Autoinductancia e inductores. Energa de campomagntico. El circuito L-R-C en serie. Aplicaciones en ingeniera: Tubo de rayoscatdicos , Transformadores y motores elctricos.

3.3. UNIDAD 3: Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnticas

CONTENIDO: Las Ecuaciones de Maxwell. Ondas electromagnticas. Energa de lasondas electromagnticas. El espectro electromagntico.Reflexin y refraccin de laluz. Reflexin interna total. Polarizacin y filtros polarizadores. Aplicaciones de lasondas electromagnticas en telecomunicaciones y en instrumentos pticos.

3.4. UNIDAD 4: Fsica moderna

CONTENIDO: Fotones, electrones y tomos. Emisin y absorcin de la luz. El efectofoto elctrico. Espectros atmicos de lneas y niveles de energa. Dualidad onda -partcula. Ondas de De Broglie y Difraccin de electrones. Probabilidad eincertidumbre. Microscopio Electrnico. Funciones de onda y la ecuacin deSchrdinger.

4. EVALUACIN

4.1.

El curso ser evaluado a travs de tres exmenes parciales y el trabajo por parte delestudiante. Por un lado, los exmenes tienen como objetivo evaluar en el estudiantetanto la capacidad para interpretar las situaciones problema propuestas(competencias interpretativas y analticas); as como la elaboracin, desarrollo yanlisis de las soluciones (competencias conceptuales, operativas y analticas). Porotro lado, el trabajo por parte del estudiante permite evaluar en ste la capacidadpara integrar los conocimientos adquiridos con la observacin de los fenmenos(Habilidad para la integracin de los conceptos y la experimentacin) y para enfrentar

el desarrollo de temas que no son tratados de manera explcita en las clases(competencia conceptual).

5. BIBLIOGRAFIA GENERAL

Sears, F. W. Zemansky M, W. Young, H. R. Freedman, R. A Fsica Universitaria. Confsica moderna. Volumen 2. Undcima edicin. Pearson Educacin, Mxico, 2004.

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5.1.

HALLIDAY. RESNICK. KRANE. Fsica. Cuarta edicin. Volumen 2. VersinAmpliada. Editorial C.e.c.s.a. Mxico 1994. ALONSO M. Y FINN E. Fsica Vol II.ADDISON WESLEY IBEROAMERICANA. Editorial Educativa. U.S.A. 1987. SUSANM. LEA JPHON R. BURKE. 1999. Fsica. La Naturaleza de las cosas. Volumen IIEditorial Internaciotional THOMSON. Mxico y Amrica central. GETTYS E, KELLERF, SKOVE M. 1991. Fsica clsica y moderna. Editorial McGraw-Hil.l. Espaa.EISBERG R. LERNER L. 1981 Fsica, Fundamentos y Aplicaciones. Volumen II.McGraw - Hill. MC KELVEY J.P. Y GROTCH H. 1981 Fsica para Ciencias eIngenierias. Volumen II. Editorial HARLA. JONES & CHILDERS. 2001. FsicaContempornea. Tercera Edicin. McGraw-Hill. Mxico. ARONS B. ARNOLD.Evolucin de los conceptos de la fsica. Editorial Trillas, Mxico 1970. ARONS B.ARNOLD. Teaching Introductory Physics. Jhon wiley & Sons, Inc. U.S.A 1997.Hetch,E. Fundamentos de Fsica Ed. 2a. Thomson Learning 2001.Serway, R. y J. Jewett.Fsica para ciencias e ingeniera. Ed. 6a. Thomson 2005. Gil, S. y E. Rodrguez.Fsica re-Creativa. Experimentos de Fsica usando nuevas tecnologas. PearsonEducation 2001.