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UANL - FIME Laboratorio de Física III

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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: Laboratorio de Física III Frecuencia semanal: 2 hrs. Horas presenciales: 28 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 12 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 la clase Fecha de elaboración: 28/10/2011 Fecha de la última actualización: 04/08/2016 Responsables del diseño: M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa

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 electromagnético, que se imparte en este Laboratorio, el que se apoya en anteriores y a la vez sirve de base en las especialidades en la 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. Esta unidad de aprendizaje se divide en tres etapas en las cuales en la primera etapa se trata del campo estático tanto magnético como eléctrico


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en la segunda se trata el campo eléctrico variable en el tiempo y en la tercera etapa el campo magnético variable en el tiempo y la relación con el anterior.

Propósito:

Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad preparar al estudiante en esta rama de la física realizando diferentes experimentos

utilizando el Método Científico Experimental para que adquiera conocimientos y habilidades en la solución de problemas, equipos de medición, trabajo en equipo y utilización de la comunicación oral y escrita.

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.

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.

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.

Elabora propuestas académicas y profesionales inter, multi y transdisciplinarias de acuerdo a las mejores prácticas mundiales para fomentar y consolidar el trabajo colaborativo.

Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos.


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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.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas con experimentos medibles y el método científico.


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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

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando

las ecuaciones de Maxwell en forma integral

Analizar las características fundamentales cualitativas y cuantitativas de los campos electromagnéticos constantes en el tiempo,

formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables

típicas en situaciones de geometría sencilla y alta simetría

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar

ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico

Identificar las leyes del electromagnetismo para campos

estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables

típicas

Identificar la ley Ampere generalizada con sus modelos matemáticos para la descripción de la inducción

electromagnética en circuitos con inductores, capacitores y resistores

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

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas

para el cálculo de sus variables típicas con experimentos medibles y el método científico

Analizar las características fundamentales de la conducción eléctrica en los metales a partir del modelo electrónico clásico,

explicando las causas de la resistencia eléctrica y su dependencia con la temperatura, así como las diferencias entre

aislantes y conductores

Elabora propuestas académicas y profesionales inter, multi y transdisciplinarias de acuerdo a las mejores prácticas mundiales

para fomentar y consolidar el trabajo colaborativo

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma

integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables

típicas con experimentos medibles y el método científico

Analizar las características fundamentales de la conducción eléctrica en los metales formulando y aplicando la Ley de Ohm, Ley de Joule y

Ley de Kirchhoff en circuitos resistivos de corriente directa y con presencia de capacitores en serie con no más de dos mallas

independientes para hacer cálculos de parámetros en algún sistema eléctrico

Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo

de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en

forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas con experimentos

medibles y el método científico

Analizar los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo, mediante el concepto de campo electromagnético,

describiéndolo mediante el sistema de ecuaciones de Maxwell en forma integral con la utilización del concepto de inducción

electromagnética

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

IntegradorasResuelve conflictos personales y sociales

conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para

la adecuada toma de decisiones

Identificar las leyes del electromagnetismo, formulando las ecuaciones de Maxwell en

forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas con experimentos

medibles y el método científico

Analizar los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo, 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


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Unidad temática 1: Campos Eléctricos Estáticos. Competencias particulares: Analizar las características fundamentales cualitativas y cuantitativas de los campos electromagnéticos constantes en el tiempo, formulando las ecuaciones de Maxwell en forma integral para campos estacionarios y aplicándolas para el cálculo de sus variables típicas en situaciones de geometría sencilla y alta simetría.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar las formas de generar energía electrostática mediante el generador de Van de Graff para distinguir el comportamiento de la energía en distintos objetos físicos. Identificar el uso

adecuado del

Multímetro apoyado

en el instructivo del

laboratorio, en el del

aparato y guía del

maestro para la medición

de resistencias

Reporte Práctica 1. Presentación/ Reglamento y Generador de Van de Graff Reporte Práctica 2. Multímetro 1ª. Parte Resistencia

Reporte Práctica 1. Presentación/Reglamento y Generador de Van de Graff

Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento

experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía

Reporte Práctica 2. Multímetro 1ª. Parte Resistencia


experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía.

Utilizará el generador de Van de Graff para generar carga eléctrica en un dispositivo hueco y aplicará esta carga a distintos objetos. Medirá con el multímetro las cantidades eléctricas básicas como las resistencias en circuitos del laboratorio y resistencias individuales.

Carga eléctrica Campo eléctrico Energía potencial eléctrica Generador de Van de Graff

Manual de laboratorio Material de laboratorio


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Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar el uso

adecuado del Multímetro

apoyado en el instructivo

del laboratorio, en el del

aparato y guía del maestro para la medición

de voltajes y corrientes Identificar la resistividad de un material conductor utilizando una muestra del mismo material en forma de conductor cilíndrico para diseñar resistores Identificar los diferentes

tipos de señales en Osciloscopio apoyado en el instructivo del laboratorio, en el del aparato y guía del maestro para la medición de cantidades eléctricas

Reporte Práctica 3. Multímetro 2ª. Parte Voltaje y Resistencia. Reporte Práctica 4. Estudio de las características resistivas de los conductores Reporte Práctica 5. Uso del Osciloscopio

Reporte Práctica 3. Multímetro 2ª. Parte Voltaje y Resistencia

Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental

realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía

Reporte Práctica 4. Estudio de las características resistivas de los conductores


realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía. Reporte Práctica 5. Uso del Osciloscopio


realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía

Medirá con el multímetro las cantidades eléctricas básicas como corriente, voltaje y resistencia en las fuentes de voltaje y los circuitos del laboratorio. Se colocará el conductor del material en un bastidor con regla para medir longitud, se medirá la resistencia con el multímetro de una muestra y se calculará la resistividad con una fórmula. Observará y medirá en el osciloscopio la variación de señales diversas de voltaje provenientes del generador de funciones

Campo eléctrico medido como energía (voltaje) Carga en movimiento (corriente eléctrica) y resistencia. Resistividad de los materiales



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Unidad temática 2: Conducción Eléctricas en metales. Competencias particulares: Analizar las características fundamentales de la conducción eléctrica en los metales a partir del modelo electrónico clásico, explicando las causas de la resistencia eléctrica y su dependencia con la temperatura, así como las diferencias entre aislantes y conductores, formulando y aplicando la Ley de Ohm, Ley de Joule y Ley de Kirchhoff en circuitos resistivos de corriente directa y con presencia de capacitores en serie con no más de dos mallas independientes para hacer cálculos de parámetros en algún sistema eléctrico.





Identificar los materiales de acuerdo a las características de la conductividad para el diseño de una bobina Analizar las leyes de

Kirchhoff con un

circuito de resistores y

fuentes de voltaje para

obtener las

intensidades de

corriente y las diferencias de potencial

del mismo.(del circuito)

Reporte Práctica 6. Conexión Serie-Paralelo de resistores. Reporte Práctica 7. Las leyes de Kirchhoff

Reporte Práctica 6. Conexión Serie-Paralelo de resistores


experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Reporte Práctica 7. Las leyes de Kirchhoff



Diseñar una bobina conociendo las características eléctricas del material utilizado para la construcción de la misma.

Calculará las corrientes de un circuito ya implementado en el laboratorio utilizando las leyes de Kirchhoff

Resistencia Resistividad Coeficiente de resistividad Las leyes de Kirchhoff

Manual de Laboratorio Material de laboratorio


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Unidad temática 3: Campo Magnético Competencias particulares: Identificar la ley Ampere generalizada con sus modelos matemáticos para la descripción de la inducción electromagnética en circuitos con inductores, capacitores y resistores.





Identificar la forma del campo magnético con un alambre conductor para comprobar experimentalmente la ley de Ampere

Reporte Práctica 8. La ley de Ampere

Reporte Práctica 8. La ley de Ampere



Se utilizará una fuente de corriente dual para alimentar un alambre recto, se proporcionará una brújula para que a través del Ángulo de desviación de la misma se pueda calcular el cambio magnético, ya sea del conductor o el de la tierra.

Tipos de ondas Aplicación de la ley de Ampere para calcular B en un conductor.



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Unidad temática 4: Sistemas de Ecuaciones de Maxwell Competencias particulares: Analizar los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo, mediante el concepto de campo electromagnético, describiéndolo mediante el sistema de ecuaciones de Maxwell en forma integral con la utilización del concepto de inducción electromagnética, descrito por 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.





Aplicar la ley de

inducción de Faraday

con un prototipo de

transformador para

calcular el voltaje

inducido en el

devanado secundario

del mismo

Reporte Práctica 9. La

Ley de Faraday

Reporte Práctica 9. La Ley de Faraday



Calcular el voltaje que se debe obtener en el enrollado secundario. A partir de este valor de voltaje, del valor del voltaje en primario (12 V) y del número de vueltas en el primario, se debe calcular el número de vueltas que necesitará en el enrollado secundario para obtener el voltaje deseado. Se realizará el cálculo utilizando las expresiones obtenidas a partir de la aplicación de la Ley Faraday – Lenz.

La Ley de

inducción de

Faraday

Ondas

electromagnéticas

Amplitud

Frecuencia

Longitud de onda

Circuito RC y la

constante de

tiempo capacitiva

Manual de

laboratorio

Material de

Laboratorio


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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Reporte Práctica 1. Presentación/ Reglamento y Generador de Van de Graff 10 % Reporte Práctica 2. Multímetro 1ª. Parte Resistencia 10 % Reporte Práctica 3. Multímetro 2ª. Parte Voltaje y Resistencia. 10 % Reporte Práctica 4. Estudio de las características resistivas de los conductores 10 % Reporte Práctica 5. Uso del Osciloscopio 10 % Reporte Práctica 6. Conexión Serie-Paralelo de resistores. 10 % Reporte Práctica 7. Las leyes de Kirchhoff 10 % Reporte Práctica 8. La ley de Ampere 10 % Reporte Práctica 9. La Ley de Faraday 10 %

Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 10 %

Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará un portafolio en la cual identificará la constante de tiempo capacitivo del circuito RC con la ecuación del circuito para compararla con la señal en el osciloscopio y observará la respuesta de un circuito RC a una señal de voltaje directo para calcular la constante de tiempo capacitiva de lo que deberá entregar un reporte.

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


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Editorial: Addison- Wesley

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


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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: Maestría en Ciencias afines al área de Física, ingeniería o su enseñanza. 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.


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Ficha bibliográfica del profesor: M.C. Miguel Ángel Gutiérrez Zamarripa profesor egresado de la carrera de Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones, cuenta con la Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Electrónica por parte de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Tecnólogo especialista en Mecatrónica por parte del CIDET de Querétaro, actualmente es el Jefe de Academia de Física III y su Laboratorio 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

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