Physics of Electricity

Este es un curso teórico práctico de nivel básico y se desarrolla en dos partes. La primera parte comprende el estudio del campo electrostático, el potencial eléctrico, la corriente eléctrica y los circuitos C.D. La segunda parte comprende el estudio del campo magnético, sus fuentes, la inducción electromagnética, la inductancia, el circuito R-L y la energía magnética. Cada unidad incluye experiencias de laboratorio de carácter demostrativo realizada por el profesor y/o realizada por los estudiantes.

JUSTIFICACIÓN

La inclusión de esta asignatura en los programas de ingeniería se debe a que su contenido contribuye en la formación tanto metodológica como científica del estudiante. Además constituye por si sola, el soporte de algunas asignaturas del área básico profesional y profesional de dichos programas.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR 

Desarrollar la capacidad para la síntesis, el análisis, la abstracción, de tal manera que permita reunir, organizar, relacionar y utilizar la información en el proceso de construcción de futuros aprendizajes.

OBJETIVO GENERAL

Adquirir de forma lógica, coherente y equilibrada los conceptos más importantes asociados a los campos eléctricos y magnéticos de modo que pueda aplicarlos con éxito en la descripción física de su entorno. Al mismo tiempo, se espera que adquiera habilidad en el manejo de instrumentos relacionados con mediciones de variables electromagnéticas y bases sólidas para sus estudios posteriores. De igual forma se busca que al finalizar el curso el estudiante sea capaz de hacer una síntesis del electromagnetismo básico y que dado un problema, sea capaz de identificar, definir claramente el problema y generar alternativas de solución.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Identificar los principios fundamentales del electromagnetismo.
Aplicar adecuadamente los principios adquiridos a la resolución de problemas físicos y de aplicación a la ingeniería.
Analizar dimensionalmente las magnitudes electromagnéticas tratadas.
Desarrollar en los estudiantes capacidad para presentar informes orales y escritos de un tema asociado a los vistos en el curso.
Desarrollar el pensamiento crítico y creativo con relación a los fenómenos del electromagnetismo.
Adquirir habilidad en el manejo apropiado de algunos instrumentos relacionados con las mediciones eléctricas.
Adquirir una visión unificada de la física.
Desarrollar en los estudiantes destrezas para el análisis crítico de una situación problemática, teniendo en cuenta el siguiente esquema; análisis físico, análisis gráfico, explicación del procedimiento, uso y simplificación de unidades, desarrollo matemático y resultado.
Integrar las TICs de la Universidad del Norte en el proceso de enseñanza-aprendizaje

Contenido

CARGA ELÉCTRICA, LEY DE COULOMB, CAMPO ELÉCTRICO Y LEY DE GAUSS
Carga eléctrica. Aisladores y conductores.
Ley de Coulomb.
Campo eléctrico y fuerzas eléctricas
Cálculos de campos eléctricos.
Líneas de campo eléctrico
Dipolos eléctricos
Flujo eléctrico. Cálculo de flujo eléctrico
Ley de Gauss
Aplicaciones de la ley de Gauss
Cargas en conductores
Experiencias de laboratorio: Electrización de los cuerpos y conservación de la carga

POTENCIAL ELÉCTRICO
Energía potencial eléctrica
Potencial eléctrico
Cálculo de potencial eléctrico
Superficies equipotenciales
Obtención del campo eléctrico a partir del potencial eléctrico
Experiencias de laboratorio: Líneas de campo eléctrico y superficies equipotenciales

CAPACITORES Y DIELECTRICOS
Capacitores y Capacitancia. Calculo de la capacitancia
Capacitores en serie y en paralelo
Energía en un capacitor y en un campo eléctrico.
Capacitores con dieléctrico.
Experiencias de laboratorio: Medición de la constante dieléctrica

CORRIENTE ELECTRICA Y CIRCUITOS C.D
Corriente y densidad de corriente eléctrica.
Resistividad y conductividad.
Resistencia y ley de Ohm.
Fuerza electromotriz y circuitos.
Energía y potencia en circuitos eléctricos.
Resistencias en serie y en paralelo
Reglas de Kirchhoff.
Circuito RC.
Experiencias de laboratorio: Medición de resistividad, Carga y descarga de un capacitor.

CAMPO MAGNÉTICO Y SUS FUENTES
Fuentes del campo magnético
Líneas de Campo, flujo magnético y ley de Gauss del magnetismo
Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.
Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas
Fuerza magnética sobre un conductor con corriente.
Fuerza y momento de torsión sobre una espira con corriente.
Campo magnético de una carga en movimiento
Campo magnético de un elemento de corriente (Ley de Biot Savart).
Campo magnético de un conductor recto con corriente
Fuerza entre conductores paralelos.
Campo magnético de una espira circular con corriente.
Ley de Ampére.
Aplicaciones de la ley de Ampère.
Experiencias de laboratorio: Medición del campo magnético de un alambre largo

INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA
Experimentos de inducción
Ley de Faraday
El principio de funcionamiento del generador de corriente alterna. Valor eficaz de I y V.
Ley de Lenz
Fuerza electromotriz de movimiento.
Campos eléctricos inducidos
Corriente de desplazamiento
Ecuaciones de Maxwell
Experiencias de laboratorio: Ilustración de cómo se induce una corriente en un circuito mediante la variación de un flujo magnético originado por: el movimiento de un imán o por la variación de la corriente o el movimiento de otro circuito próximo.
Auto inductancia e inductores
Energía del campo magnético
Circuitos R,L.
Circuitos L,C.
Circuitos RLC en serie
Experiencias de laboratorio: Circuito R, L o transformadores

OPCIONES METODOLÓGICAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

Con la siguiente metodología se pretende alcanzar los objetivos propuestos.
El alumno debe leer previamente el tema a manejar por el profesor.
Exposición de los temas por parte del profesor, estimulando la participación del estudiante por medio de preguntas-guía y problemas modelos.
Programación de clases prácticas que impliquen discusión y resolución de preguntas y problemas modelos, se hará énfasis en el uso del lenguaje científico apropiado para la descripción de las situaciones.
Asignación de lecturas complementarias (en español o inglés) a través del catalogo web de la asignatura, revisiones bibliográficas y problemas para su estudio o resolución como trabajo fuera de clase, que serán evaluadas en clase mediante quices, foros o mesas redondas o la estrategia que el profesor considere conveniente para la discusión.
Asignación de actividades que serán desarrolladas en grupo, en clase o por fuera de ellas a criterio del profesor y que pueden ser evaluadas con la estrategia que el profesor considere conveniente para la discusión.
Asignación de material complementario (en español o inglés) a través del catálogo WEB de la asignatura, y eventualmente, a criterio del profesor, se podrán desarrollar módulos en AULA VIRTUAL.
Realización de prácticas de laboratorio de carácter demostrativo por parte del profesor que ayuden al estudiante a apropiarse de los conceptos tratados. También, los estudiantes, en grupos de 4, realizarán experiencias en el laboratorio, bajo la supervisión del profesor. Cada grupo rendirá un informe de la respectiva práctica, en la forma que exija su profesor.