UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …€¦ · Carga en movimiento (corriente...
Transcript of UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE …€¦ · Carga en movimiento (corriente...
UANL - FIME Laboratorio de 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: 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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
2
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
UANL - FIME Laboratorio de Física III
3
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
UANL - FIME Laboratorio de Física III
4
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
5
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento
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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
6
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
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
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental
realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía. Reporte Práctica 5. Uso del Osciloscopio
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento experimental
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
Manual de laboratorio Material de laboratorio
UANL - FIME Laboratorio de Física III
7
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento
experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía Reporte Práctica 7. Las leyes de Kirchhoff
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento
experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía
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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
8
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento
experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía
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.
Manual de laboratorio Material de laboratorio
UANL - FIME Laboratorio de Física III
9
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: 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.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
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
Portada Objetivos Marco teórico Procedimiento
experimental realizado Cálculos y resultados Conclusiones y discusión Bibliografía
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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
10
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 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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
11
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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
UANL - FIME Laboratorio de Física III
12
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: 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.
UANL - FIME Laboratorio de Física III
13
IT-8-ACM-02-R03
Revisión: 2
VIGENTE A PARTIR DEL: 01 de Agosto del 2016
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