asignatura: electricidad y magnetismo docente: diego...
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Asignatura: Electricidad y Magnetismo Docente: Diego Lliguichuzhca
Semestre: Primero
Ing. Diego Lliguichuzhca
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G U I A D E E S T U D I O S
CARRERA: Tecnología Superior en Redes y Telecomunicaciones
NIVEL: Tecnológico TIPO DE CARRERA: Tradicional
NOMBRE DE LA SIGNATURA: Electricidad y Magnetismo
CÓD. ASIGNATURA: RT-S1-ELMA
PRE – REQUISITO: Ninguno CO – REQUISITO: Ninguno
TOTAL HORAS: 122 Teoría 72 practica 50 Trabajo Independiente 40
SEMESTRE: Primero PERIODO ACADÉMICO: Noviembre 2019 - Abril 2020
MODALIDAD: Presencial DOCENTE RESPONSABLE: Ing. Diego Lliguichuzhca
Copyright©2020 Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño. All rights reserved.
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
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ÍNDICE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA .................................................................................................. 7
I. DATOS INFORMATIVOS ............................................................................................................. 7
II. FUNDAMENTACIÓN .................................................................................................................. 7
III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................... 9
IV. CONTENIDOS ......................................................................................................................... 10
V. PLAN TEMÁTICO ..................................................................................................................... 11
VI. SISTEMA DE CONTENIDOS POR UNIDADES DIDÁCTICAS .............................................. 11
UNIDAD I. ELECTRODINÁMICA .................................................................................................. 11
Objetivo .......................................................................................................................................... 11
UNIDAD II. ELECTROSTÁTICA ................................................................................................... 12
Objetivo .......................................................................................................................................... 12
UNIDAD III. POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAPACITORES ......................................................... 13
Objetivo .......................................................................................................................................... 13
Unidad IV: Magnetismo ................................................................................................................. 14
Unidad V: Ondas Electromagnéticas ............................................................................................ 15
VII. ORIENTACIONES METODOLÓGICAS Y DE ORGANIZACIÓN DE LA ASIGNATURA. .... 16
VIII. RECURSOS DIDÁCTICOS ................................................................................................... 19
IX. SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA .............................................................. 19
X. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA .................................................................... 21
ORIENTACIONES PARA EL USO DE LA GUÍA DE ESTUDIOS ................................................ 22
DESARROLLO DE ACTIVIDADES............................................................................................... 24
Unidad Didáctica I ......................................................................................................................... 24
Título de la Unidad Didáctica I: ..................................................................................................... 24
ELECTRODINÁMICA .................................................................................................................... 24
Introducción de la Unidad Didáctica I: .......................................................................................... 24
Objetivo de la Unidad Didáctica I: ................................................................................................. 24
Organizador grafico de la Unidad Didáctica I: .............................................................................. 25
1.1 Corriente Eléctrica ............................................................................................................... 26
1.1.1 Corriente continua ......................................................................................................... 26
1.1.2 Corriente alterna ........................................................................................................... 26
1.2 Partes de un Circuito Eléctrico Básico ................................................................................ 26
1.3 La ley de Ohm ...................................................................................................................... 27
1.4 Potencia Eléctrica ................................................................................................................ 28
Ing. Diego Lliguichuzhca
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1.5 Energía Eléctrica .................................................................................................................. 28
1.6 Clasificación de los Circuitos según sus características ..................................................... 29
1.6.1 Circuito Serie ................................................................................................................. 29
1.6.2 Circuito Paralelo ............................................................................................................ 30
1.6.3 Circuito Mixto ................................................................................................................. 31
1.7 Leyes de Kirchhoff................................................................................................................ 33
1.7.1 Primera ley de Kirchhoff o Ley de Nodos ..................................................................... 33
1.7.2 Segunda ley de Kirchhoff o Ley de Mallas ................................................................... 34
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica I: ................................................................... 36
Actividad de Aprendizaje 1 de Unidad Didáctica I: ....................................................................... 36
Actividad de Auto-evaluación de la Unidad Didáctica I: ................................................................ 36
Título de la Unidad Didáctica II: ..................................................................................................... 37
ELECTROSTÁTICA ....................................................................................................................... 37
Introducción de la Unidad Didáctica II: .......................................................................................... 37
Objetivo de la Unidad Didáctica II: ................................................................................................ 38
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica II: ............................................................................. 38
2.1 Conceptos Generales .............................................................................................................. 39
2.3 Estructura del Átomo ............................................................................................................ 40
2.4 La Electrostática ................................................................................................................... 40
2.4.1 Proceso de electrización ............................................................................................... 41
2.5 La Ley de Coulomb .................................................................................................................. 42
2.6 Campo Eléctrico ................................................................................................................... 44
2.6.1 Intensidad del Campo eléctrico. .................................................................................... 44
2.6.2 Líneas de Campo Eléctrico ........................................................................................... 44
2.7 Principio de Superposición .................................................................................................. 46
2.9 Flujo Eléctrico ....................................................................................................................... 49
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica II: .................................................................. 52
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica II: ................................................................... 52
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica II: ................................................................ 52
Unidad Didáctica III ........................................................................................................................ 53
Título de la Unidad Didáctica III: .................................................................................................... 53
POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAPACITORES .............................................................................. 53
Introducción de la Unidad Didáctica III: ......................................................................................... 53
Objetivo de la Unidad Didáctica III: ............................................................................................... 54
Electricidad y Magnetismo
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Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica III: ........................................................................... 54
3.1 Potencial eléctrico y Energía Potencial ................................................................................. 54
3.1.1 Potencial Eléctrico......................................................................................................... 55
3.1.2 Energía Potencial .......................................................................................................... 55
3.2 Energía potencial de un sistema de más de dos partículas ............................................... 56
3.3 Trabajo realizado para trasladar una carga desde un punto “A” a otro “B” ........................ 57
3.4.1 Capacitor de Placas Paralelas ...................................................................................... 59
3.4.2 Campo eléctrico entre las placas.................................................................................. 59
3.5 Condensadores en Serie ..................................................................................................... 62
3.6 Condensadores en Paralelo ................................................................................................ 63
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica III:................................................................. 64
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica III: .................................................................. 64
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica III: .............................................................. 64
Unidad didáctica IV ........................................................................................................................ 65
Título de la Unidad Didáctica IV: ................................................................................................... 65
Magnetismo ................................................................................................................................... 65
Introducción de la Unidad Didáctica IV: ........................................................................................ 65
Objetivo de la Unidad didáctica IV ................................................................................................ 65
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica IV ............................................................................ 66
4.1 Magnetismo ......................................................................................................................... 67
4.2 Campo Magnético ................................................................................................................ 67
4.3 Fuentes de campo magnético ............................................................................................. 68
4.5 Ley de Ampere..................................................................................................................... 69
4.6 Ley de Faraday .................................................................................................................... 69
4.7 Ecuaciones de Maxwell ....................................................................................................... 70
4.8 El principio de las Telecomunicaciones .............................................................................. 70
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica IV: ................................................................ 72
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica IV: .................................................................. 72
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica IV: .............................................................. 72
Unidad didáctica V ......................................................................................................................... 73
Título de la Unidad Didáctica V: .................................................................................................... 73
Ondas Electromagnéticas ............................................................................................................. 73
Introducción de la Unidad Didáctica V .......................................................................................... 73
Objetivo de la Unidad Didáctica V ................................................................................................. 73
Ing. Diego Lliguichuzhca
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Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica V ............................................................................. 73
5.1 Ondas electromagnéticas y la velocidad de la luz .............................................................. 74
5.2 Medios de Transmisión ........................................................................................................ 75
5.2.1 Medios de transmisión guiados ..................................................................................... 75
5.2.2 Medios de transmisión no guiados................................................................................ 75
5.3 Contaminación electromagnética ........................................................................................ 76
5.3.1 Radiaciones ionizantes ................................................................................................. 76
5.3.2 Radiaciones no ionizantes ............................................................................................ 76
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica V: ................................................................... 77
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica V ................................................................ 77
PLAN CALENDARIO DE ASIGNATURA ....................................... ¡Error! Marcador no definido.
Electricidad y Magnetismo
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INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO
ISMAEL PÉREZ PAZMIÑO
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA
I. DATOS INFORMATIVOS
NOMBRE DE LA CARRERA: Tecnología Superior en Redes y Telecomunicaciones
ESTADO DE LA CARRERA: Vigente _X_ No vigente solo para registro de
títulos__
NIVEL: Tecnológico
TIPO DE CARRERA: Tradicional
NOMBRE DE LA SIGNATURA: Electricidad y Magnetismo
CÓD. ASIGNATURA: RT-S1-ELMA
PRE – REQUISITO: Ninguno
CO – REQUISITO: Ninguno
# CRÉDITOS:
TOTAL HORAS: 122
Componente de docencia: 72
Componente de prácticas de aprendizaje: 50
Componente de aprendizaje autónomo: 40
SEMESTRE: Primero PARALELOS: A
PERIODO ACADÉMICO: Noviembre 2019 - Abril 2020
MODALIDAD: Presencial
DOCENTE RESPONSABLE: Ing. Diego Lliguichuzhca
II. FUNDAMENTACIÓN
A nivel mundial el estudio del campo de la Física ha dado pasos agigantados en función
del comportamiento de la materia, desde los niveles micro y macro en los que se
desarrollan los fenómenos físicos, dentro de los cuales la electricidad y el magnetismo
son temas de gran importancia que están estrechamente relacionados, y su relación es
fundamental e indispensable hoy en día para poder llevar a cabo trabajos de gran
importancia tecnológica y todo lo que esto conlleva hablando principalmente de la
potencia, el tiempo y la eficacia. Es por eso que la tecnología sigue avanzando, para
facilitarnos nuestro diario vivir, por lo cual la tecnología se presenta como la solución a
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varias situaciones problemáticas. Para dar solución a problemas se concibe el manejo
de fórmulas, leyes y teoremas con apego al razonamiento lógico matemático, que se
toma como herramienta para evaluar situaciones en el mundo Físico, su comprobación
y verificación de resultados en virtud de variables como espacio y tiempo.
El reto ante la evolución de la información en cuanto al cambio tecnológico y las
exigencias actuales de la Educación Superior han provocado que el estudio de la
Electricidad y Magnetismo en el Ecuador, cambie su estructura de enseñanza, por lo
que el perfil profesional de la carrera Tecnología en Redes y telecomunicaciones debe
estar fundamentado en procesos de comprensión del mundo físico en relación al
entorno natural, una visión holística y mediada por herramientas web, apoyos virtuales
en línea y programas computacionales que validen las respuestas de cada
problemática, optimizando tiempo en su ejecución.
La propuesta de ejes, objetivos, políticas y metas contenidas en este plan parten de una
evaluación previa de los planes anteriores, tanto en gestión como en resultados. Desde
este punto se reconocen las transformaciones estructurales que han ocurrido durante la
última década. La asignatura de electricidad y magnetismo se alinean al Plan Nacional
de Desarrollo 2017-2021 ya que se ha tomado en cuenta las oportunidades y
capacidades generadas para el desarrollo social y el fortalecimiento del talento humano
nacional, así como la instalación de infraestructura pública en los ámbitos logísticos
operativos y de telecomunicaciones y la consolidación de una matriz energética
diversificada del país.
En la provincia de El Oro los institutos tecnológicos dentro de la asignatura antes
mencionada necesitan obtener el conocimiento necesario para evitar los diferentes
fenómenos electromagnéticos que afectan a redes de telecomunicaciones, la
estructuración, el diseño y el uso adecuado de los equipos dentro de una red, para la
implementación de redes de telecomunicaciones robustas y eficientes que permitirán a
su vez la aprehensión de constructos teóricos verificables de electrostática con la
formulación respectiva que permite comprobar los circuitos y su funcionamiento, todo de
la mano de la heurística y hermenéutica que se provea al dar soluciones a corto plazo
en la distribución de las mencionadas redes.
Con este acercamiento surge la necesidad de desarrollar un razonamiento lógico-
científico por medio de la aplicación de leyes o principios fundamentales relacionados a
fenómenos naturales de orden físico, desde una perspectiva de validación de hipótesis
que se verifican a través de la formulación y descripción gráfica de los mismos.
Electricidad y Magnetismo
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Por lo que, la asignatura de Electricidad y Magnetismo toma como objeto de estudio a
los Fenómenos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos en los diferentes grados de
complejidad de las explicaciones a las situaciones que se desarrollan en un medio
natural para garantizar un mundo amigable y que se dinamiza por el siguiente objetivo:
Aplicar la fundamentación física basada en el estudio de las leyes y principios
fundamentales de los diferentes fenómenos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos,
mediante el análisis de situaciones problemáticas concretas que permitan el desarrollo
de soluciones en su entorno de trabajo, demostrando ética y profesionalismo en el
ámbito laboral.
III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
✓ Describir las variables de las diferentes leyes de la electricidad aplicando los
principios fundamentales y formulación correctamente establecida para lograr un
dominio de la ley de Ohm, la ley de Kirchhoff, alcanzando de esta manera
seguridad en el uso correcto de terminologías asimiladas en los diferentes tipos
de circuitos y temas contemplados.
✓ Identificar problemas de la vida diaria asociados a la Electricidad empleando el
SI, concepciones referentes a fuerzas y campos eléctricos, mediante la
formulación que nos permita la demostración de las características y clases de
cargas eléctricas en un sistema de referencia ubicado en la naturaleza del
fenómeno electrostático demostrando cooperación y participación en los temas
impartidos dentro del aula de clases.
✓ Resolver problemas del entorno natural que impliquen aspectos relacionados a la
Energía Eléctrica y Capacitancia, mediante la aplicación de criterios sobre
potencial, diferencia de potencial, principios de la conservación de la energía
almacenada en capacitores cargados y las combinaciones de los mismos en
circuitos mixtos para la experimentación de procesos sistémicos en los que se
simulen circuitos de capacitores en serie y en paralelo, adquiriendo un
conocimiento científico que ayude a incentivar la ética investigativa al desarrollar
proyectos, trabajos, tareas, que son medios para su profesionalización.
✓ Clasificar los diversos fenómenos Magnéticos que se provocan en la naturaleza
por medio de leyes o principios de Electromagnetismo y la utilización de
magnitudes y fórmulas para la obtención de características en los campos y
fuerzas magnéticas en el movimiento de partículas cargadas, demostrando
constancia y exactitud en el uso de las leyes y principios del Magnetismo.
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✓ Establecer los fenómenos que se provocan por ondas electromagnéticas
aplicando leyes, principios, ecuaciones en espectros magnéticos que nos
permitan la diagramación de los tipos de ondas en situaciones problemáticas
propuestas, demostrando puntualidad en la entrega de trabajos y actividades
encomendadas a su cargo.
IV. CONTENIDOS
Sistema General de conocimientos
✓ Unidad I: Electrodinámica
✓ Unidad II: Electrostática
✓ Unidad III: Potencial Eléctrico y Capacitores
✓ Unidad IV: Magnetismo
✓ Unidad V: Ondas Electromagnéticas
Sistema General de Habilidades
✓ Unidad I: Describe las variables de las diferentes leyes fundamentales de la
electricidad en problemas de redes eléctricas
✓ Unidad II: Identificar problemas de la vida diaria asociados a la Electricidad.
✓ Unidad III: Resolver problemas del entorno natural que impliquen aspectos
relacionados a la Energía Eléctrica y Capacitancia.
✓ Unidad IV: Clasificar los diversos fenómenos Magnéticos que se provocan en la
naturaleza por medio de leyes o principios de Electromagnetismo.
✓ Unidad V: Establecer los fenómenos que se provocan por ondas
electromagnéticas
Sistema General de Valores
.
• Unidad I: Seguridad en el uso correcto de terminologías asimiladas en los
diferentes tipos de circuitos y temas contemplados.
✓ Unidad II: Cooperación y participación en los temas impartidos dentro del aula de
clases.
✓ Unidad III: Ética investigativa al desarrollar proyectos, trabajos, tareas, que son
medios para su profesionalización.
✓ Unidad IV: Constancia y exactitud en el uso de las leyes y principios del
Magnetismo.
✓ Unidad V: Puntualidad en la entrega de trabajos y actividades encomendadas a
su cargo.
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V. PLAN TEMÁTICO
DESARROLLO DEL PROCESO CON TIEMPO EN
HORAS
TEMAS DE LA
ASIGNATURA
C CP S CE T L E THP TI TH
A
Electrostática
17 6 - - 3 - 1 27 8 35
Potencial Eléctrico y
Capacitores
14 7 - - 2 - 1 24 8 32
Corriente Eléctrica y
Circuitos DC
14 8 - - 2 - 3 27 8 35
Magnetismo
13 7 - - 2 - 1 23 8 31
Ondas Electromagnéticas 13 5 - - - - 1 19 8 27
EXAMEN FINAL 2 2 - 2
Total de horas 71 33 - - 9 - 9 122 40 162
Leyenda:
C – Conferencias.
S – Seminarios.
CP – Clases prácticas.
CE – Clase encuentro.
T – Taller.
L – Laboratorio.
E - Evaluación.
THP – Total de horas presenciales.
TI – Trabajo independiente.
THA – Total de horas de la asignatura.
VI. SISTEMA DE CONTENIDOS POR UNIDADES DIDÁCTICAS
UNIDAD I. ELECTRODINÁMICA
Objetivo: Describir las variables de las diferentes leyes de la electricidad aplicando los
principios fundamentales y formulación correctamente establecida para lograr un
dominio de la ley de Ohm, la ley de Kirchhoff, alcanzando de esta manera orden,
criticidad y creatividad en la implementación de circuitos con resistores.
Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades Sistema de Valores
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Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades Sistema de Valores
Corriente eléctrica y circuitos
DC.
Modelos de conducción
eléctrica y sus implicaciones
tecnológicas.
La ley de Ohm y
consecuencias.
Consideraciones de energía
y potencia eléctrica. Circuitos
en serie y paralelo.
Leyes de Kirchhoff
Circuitos DC.
Identificar la formulación
utilizada en los circuitos
de corriente eléctrica y
DC.
Identificar modelos de
conducción en situaciones
problemáticas.
Definir las variables que
se usan en la ley de Ohm.
Diferenciar la energía y la
potencia eléctrica en
circuitos sencillos y
complejos.
Aplicar las leyes de
Kirchhoff
Resolver los circuitos DC
Seguridad en el uso
correcto de
terminologías asimiladas
en los diferentes tipos
de circuitos y temas
contemplados.
UNIDAD II. ELECTROSTÁTICA
Objetivo: Identificar problemas de la vida diaria asociados a la Electricidad empleando
el SI, concepciones referentes a fuerzas y campos eléctricos, mediante la formulación
que nos permita la demostración de las características y clases de cargas eléctricas en
un sistema de referencia ubicado en la naturaleza del fenómeno electrostático
demostrando cooperación y participación en los temas impartidos dentro del aulas de
clases.
Sistema de
conocimientos
Sistema de habilidades Sistema de Valores
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Sistema de
conocimientos
Sistema de habilidades Sistema de Valores
Electrostática.
Modelos atómicos de la
materia.
Ley de Coulomb y principio
de superposición.
Concepto de campo eléctrico,
líneas de campo eléctrico y
principio de superposición.
Cálculo de campos eléctricos
para distribuciones discretas
y continuas de carga.
Movimiento de partículas
cargadas en campos
eléctricos.
Caracterizar los elementos
constitutivos de la materia.
Diferenciar las tipologías
de cargas eléctricas,
masas y cargas eléctricas.
Aplicar ley de Coulomb en
sistemas de cargas
referidos al plano.
Resolver problemas
aplicando el principio de
superposición.
Resolver diagramas de
campos eléctricos con
cargas propuestas.
Desarrollar ejercicios y
problemas del movimiento
de partículas cargadas.
Cooperación y
participación en los
temas impartidos dentro
del aula de clases.
UNIDAD III. POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAPACITORES
Objetivo: Resolver problemas del entorno natural que impliquen aspectos relacionados
a la Energía Eléctrica y Capacitancia, mediante la aplicación de criterios sobre
potencial, diferencia de potencial, principios de la conservación de la energía
almacenada en capacitores cargados y las combinaciones de los mismos en circuitos
mixtos para la experimentación de procesos sistémicos en los que se simulen circuitos
de capacitores en serie y en paralelo, desarrollando ética investigativa al desarrollar
proyectos, trabajos, tareas que son medios para su profesionalización.
Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades
Sistema de
Valores
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Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades
Sistema de
Valores
Potencial eléctrico y energía
potencial eléctrica.
Relación potencial eléctrica
campo eléctrico para
distribuciones discretas y
continúas de carga.
Cálculo de la capacitancia para
las diferentes geometrías.
Energía almacenada en un
capacitor y su relación con el
campo eléctrico.
Identificar las variables y
diferencia el potencial
eléctrico y la energía
potencial eléctrica.
Determinar las
distribuciones discretas y
continuas de carga.
Determinar las
características de los
capacitores, tipologías y
aplicaciones.
Resolver ejercicios de
capacitores en serie y en
paralelo. Calcula la
capacitancia equivalente en
combinaciones mixtas.
Ética investigativa al
desarrollar
proyectos, trabajos,
tareas, que son
medios para su
profesionalización.
Unidad IV: Magnetismo
Objetivo: Clasificar los diversos fenómenos Magnéticos que se provocan en la
naturaleza por medio de leyes o principios de Electromagnetismo y la utilización de
magnitudes y fórmulas para la obtención de características en los campos y fuerzas
magnéticas en el movimiento de partículas cargadas, demostrando constancia y
exactitud en el uso de las leyes y principios del magnetismo.
Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades Sistema de Valores
Revisión histórica, e
interpretación de los
conceptos relacionados con
el magnetismo.
Interacción del campo
magnético con partículas
cargadas y corrientes
eléctricas (fuerza, torques y
Identificar las
concepciones históricas
de la evolución de
magnetismo.
Analizar las fuerzas,
torques y momentos
magnéticos.
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Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades Sistema de Valores
momentos magnéticos).
Las fuentes de campo
magnético.
Ley de Ampere y sus
aplicaciones.
La ley de Biot Savart.
Flujo magnético y ley de
Gauss para el campo
magnético.
La ley de Faraday para
campos electromagnéticos
dependientes del tiempo y
sus aplicaciones
(generadores y motores).
Las ecuaciones de Maxwell y
sus implicaciones
tecnológicas.
Auto inductancia e
inductancia mutua y su
relación con circuitos AC.
Determinar las fuentes de
campos magnéticos.
Reconocer las variables
intervinientes en la ley de
Ampere.
Aplicar la Ley de Biot
Savart en problemas
propuestos.
Identificar diagramas de
flujo magnético en la
aplicación de la Ley de
Gauss.
Determinar el
funcionamiento de
circuitos a través de la Ley
de Faraday.
Relacionar la tecnología
aplicada a redes con las
ecuaciones de Maxwell.
Identificar las variables en
la formulación de
inductancia en los
circuitos AC.
Constancia y exactitud
en el uso de las leyes y
principios del
Magnetismo.
Unidad V: Ondas Electromagnéticas
Objetivo: Establecer los fenómenos que se provocan por ondas electromagnéticas
aplicando leyes, principios, ecuaciones en espectros magnéticos que nos permitan la
diagramación de los tipos de ondas en situaciones problemáticas propuestas,
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demostrando puntualidad en la entrega de trabajos y actividades encomendadas a su
cargo.
Sistema de
conocimientos Sistema de habilidades Sistema de Valores
Ecuaciones de Maxwell y
ondas electromagnéticas.
Ondas electromagnéticas
planas y la velocidad de la
luz.
Ondas electromagnéticas
sinusoidales.
Vector Poynting
Espectro electromagnético.
Reconocer las variables
de la Ecuación de Maxwell
en ondas
electromagnéticas.
Relacionar la velocidad de
la luz en ondas
propagadas en un medio
de carácter
electromagnético.
Identificar diagramas
Sinusoidales de ondas.
Identificar los vectores
Poynting en problemas de
aplicación práctica.
Identificar los espectros
electromagnéticos en la
resolución de circuitos
electromagnéticos.
Puntualidad en la
entrega de trabajos y
actividades
encomendadas a su
cargo.
VII. ORIENTACIONES METODOLÓGICAS Y DE ORGANIZACIÓN DE LA ASIGNATURA.
Las clases se desarrollarán, tomando en cuenta el siguiente proceso:
• Controles de lectura: Se indica la temática a trabajarse al estudiante, el mismo
que tiene que revisar el sustento teórico para compartir en la sala de clase.
• Resúmenes de clase: El estudiante en cada clase tomará apuntes de las partes
esenciales, las mismas que serán validadas la clase siguiente mediante
preguntas simples por participación voluntaria.
• Actividades extra clase: Consisten en resolución de sistemas de ejercicios o
problemas propuestos por cada temática.
• Talleres o actividades intra clase: Se entregará un material de apoyo teórico el
mismo que se lo debe de resolver con el direccionamiento del docente,
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respetando los niveles de asimilación: Familiarización, Reproducción, Producción
y Creación.
• Participación activa en la pizarra: Esta se desarrollará de acuerdo a la temática,
por participación voluntaria o elección al azar, para la validación de procesos y
algoritmos de resolución.
• Trabajos de investigación: Consiste en procesos de carácter investigativo en el
cual el estudiante pone de manifiesto su creatividad al proponer organizadores
gráficos, con ejemplos y caracterizaciones del sustento teórico de la temática
consultada.
• Trabajos colaborativos: Se formarán grupos de trabajo para la solución de
problemas propuestos usando a mediación tecnológica para la consecución de
los informes.
• Portafolio: Será revisado por evaluaciones tomadas a los estudiantes (parciales,
finales y supletorias) y servirá como material de apoyo teórico, en el mismo se
acumulará todos los trabajos desarrollados dentro y fuera de clase.
• Correos electrónicos: Se pedirá según lo amerite la temática, él envió de trabajos
vía correo electrónico a [email protected] en las fechas establecidas para la
verificación de resultados de los proyectos integradores.
Para el desarrollo de la asignatura los estudiantes tienen el apoyo de amauta en el cual
se ha subido direcciones de libros de consulta o textos guías.
Los métodos utilizados son:
Método Científico: Cumple procesos sistémicos y sistemáticos desde la observación en
el tratamiento de los fenómenos, validación de las hipótesis y verificación desde la
praxis en relación a las variables estudiadas.
Método Reproductivo: Con la referencia base se propone la reproducción situaciones
problémicas con algoritmos de resolución sencillos, se da las ayudas respectivas por
niveles de asimilación.
Método Explicativo y Método Ilustrativo: El alumno se apropia de conocimientos
elaborados y los reproduce mediante modos de actuación. El docente explica y dirige la
clase mientras el estudiante atiende y asimila los conocimientos. El estudiante ilustra a
través de ejemplos la temática inferida.
Método de Exposición Problemática: Es un método intermedio, pues supone la
asimilación de la información elaborada y de elementos de la actividad creadora. Se
establecen grupos de trabajo, facilita cierta información y permite al estudiante que
contribuya con su creatividad, ejemplifica los algoritmos de resolución de problema y se
colabora con el estandarte para la creación de su propio ejercicio.
Método Productivo: El que permite luego de reproducir situaciones con algoritmos
sencillos producir sus algoritmos de resolución frente a problemáticas en las que no se
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den por completo las directrices para su desarrollo y que ponen de manifiesto
algoritmos a la par de los explicados con sus aportes personales y muy particulares.
Método Heurístico o de Búsqueda parcial de Método Investigativo. - Permite al
estudiante alcanzar conocimientos nuevos, como resultado de la actividad creadora. El
docente estimula a la investigación, y con dicha información realiza talleres de
producción textual y estimula al mismo a crear sus propios ejercicios.
Las Técnicas de Enseñanza se detallan a continuación:
Del interrogatorio: En el uso de preguntas y respuestas para obtener información y
puntos de vista de aplicación de lo aprendido, mediante esta técnica se pretende
despertar y conservar el interés, se exploran experiencias, capacidad, criterio de los
estudiantes y comunicación de ellos.
Del redescubrimiento: Realizar un aprendizaje satisfactorio y efectivo en el cual el
estudiante observa, piensa y realiza.
De la discusión dirigida: Realizar un análisis, una confrontación, una clasificación de
hechos, situaciones, experiencias, problemas, con presencia de docente. Se centra en
la discusión, en el cual se obtienen conclusiones positivas o valederas.
Operatoria: Consiste en realizar actividades de operaciones que permitan el
razonamiento y la comprensión facilitando el aprendizaje
De la resolución de problemas: Permite solucionar problemas matemáticos mediante un
orden lógico, secuencial, práctico y de razonamiento.
Lluvia de ideas: El grupo actúa en un plano de confianza, libertad e informalidad y sea
capaz de pensar en alta voz, sobre un problema, tema determinado y en un tiempo
señalado.
Diálogos simultáneos: Lograr la participación de un gran grupo, dividido en parejas,
respecto a un tema de estudio, trabajo, tarea o actividad.
Conversatorio Heurístico: Busca la participación de los estudiantes desde sus
perspectivas, lo que conocen o pueden conocer a través de un proceso de investigación
en el sitio. Provoca reflexiones socio cognitivas en función del contexto de la
problemática abordada.
Del informe o trabajo escrito: En elaborar pasos para trabajos escritos con estilo propio.
Habrá tres documentos pedagógicos básicos que permiten evidenciar los resultados de
las actividades del trabajo autónomo y de grupos, desarrollados a partir del sílabo de la
asignatura.
• Carpeta con trabajos extra-clase e intra-clase, grupales (hasta 3 a 5 alumnos).
Desarrollo de ejercicios aplicados a la teoría.
• Carpeta de trabajos autónomos. En especial consultas sobre temas especiales y
que hayan sido sustentados demostrando su dominio.
• Registro de avance académico. Revisión de trabajos extra-clase, trabajos
autónomos, lecciones orales en el aula, pruebas escritas y exámenes escritos.
Evidencia el cumplimiento y la calidad del trabajo.
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
19
VIII. RECURSOS DIDÁCTICOS
Básicos: marcadores, borrador, pizarra de tiza líquida.
Audiovisuales: Computador, proyector, celulares inteligentes, tabletas, laptops y
laboratorio de computación.
Técnicos: Materiales de apoyo complementarios, Sistemas de ejercicios de
aplicación práctica, Documentos de apoyo, Separatas, texto básico, guías de
observación, tesis que reposan en biblioteca.
IX. SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
El sistema de evaluación será sistemático y participativo, con el objetivo de adquirir las
habilidades y destrezas cognitivas e investigativas que garanticen la calidad e
integridad de la formación profesional. Para la respectiva evaluación se valorará la
gestión de aprendizaje propuestos por el docente, la gestión de la práctica y
experimentación de los estudiantes, y la gestión de aprendizaje que los estudiantes
propondrán mediante la investigación.
Se tomó como referencia el Reglamento del Sistema Interno de Evaluación Estudiantil
para proceder a evaluar la asignatura, de esta manera se toma como criterio de
evaluación la valoración de conocimientos adquiridos y destrezas evidenciadas dentro
del aula de clases.
Cada alumno deberá demostrar lo aprendido en cada una de las unidades académicas,
y de esta manera esté apto para desenvolvimiento profesional.
Por ello desde el primer día de clases, se presentará las unidades didácticas y los
criterios de evaluación del proyecto final. Se determina el objeto de estudio, que en este
caso son los fenómenos electromagnéticos y todos los puntos que esta conlleva para
su aprobación. La asignatura dentro del proyecto establece las comunicaciones entre
torres de radio enlace o medios generadores de magnetismo en las redes de
telecomunicaciones.
Se explica a los estudiantes que el semestre se compone de dos parciales con una
duración de diez semanas de clases cada una, en cada parcial se evaluará sobre cinco
puntos las actividades diarias de las clases, trabajos autónomos, trabajos de
investigación, actuaciones en clases y talleres; sobre dos puntos un examen de parcial
que se tomará en la semana diez y semana veinte. De esta manera cada parcial tendrá
una nota total de siete puntos como máximo. El examen final compone un proyecto
integrador de asignaturas en donde se expondrá un proyecto que tiene una valoración
de tres puntos. Por consiguiente, el alumno podrá obtener una nota total de diez puntos.
Una vez que el estudiante exponga su proyecto integrador y defienda las preguntas
propuestas por el tribunal, será notificado en ese momento la nota obtenida y se
procederá a la respectiva firma de constancia.
Dentro de las equivalencias de notas se clasifican de la siguiente manera:
- 10,00 a 9,50: excelente
Ing. Diego Lliguichuzhca
20
- 9,49 a 8,50: muy bueno
- 8,49 a 8,00: bueno
- 7,99 a 7,00: aprobado
- 6,99 a menos: reprobado
Los estudiantes deberán alcanzar un puntaje mínimo de 7,00 puntos para aprobar la
asignatura, siendo de carácter obligatorio la presentación del proyecto integrador.
Si el estudiante no alcance los 7,00 puntos necesarios para aprobar la asignatura,
deberá presentarse a un examen supletorio en la cual será evaluado sobre diez puntos
y equivaldrá el 60% de su nota final, el 40% restante corresponde a la nota obtenida en
acta final ordinaria de calificaciones.
Aquellos estudiantes que no podrán presentarse al examen de recuperación son
quienes estén cursando la asignatura por tercera ocasión, y aquellos que no hayan
alcanzado la nota mínima de 2,50/4 en la nota final, o aquellos que hubiesen reprobado
por faltas del 25% o más en la asignatura impartida.
Los parámetros específicos de evaluación del presente proyecto o actividad de
vinculación de la asignatura son los siguientes:
- Especificación de los tipos de cable a utilizar 0,50 puntos
- Normas de Seguridad Eléctrica 0,50 puntos
- Generalidades Eléctricas 0,50 puntos
- Uso adecuado de la terminología 0,50 puntos
El parámetro general de evaluación del presente proyecto o actividad de vinculación de
la asignatura es el siguiente:
- Dominio del contenido 0,50 puntos
- Redacción y coherencia del Proyecto 0,50 puntos
TOTAL 3,00
La nota obtenida en la asignatura sobre el proyecto o actividad de vinculación será la
suma de los parámetros antes mencionados y se sumará directamente al promedio
antes obtenido sobre 7 puntos, obteniendo de esa manera una calificación total sobre
10 puntos.
El estudiante no conforme con la nota del proyecto integrador podrá solicitar mediante
oficio una recalificación y obtendrá respuesta del mismo en un plazo no mayor a tres
días hábiles.
El docente tendrá un plazo de 48 horas para socializar las calificaciones obtenidas
luego se asentará en las actas finales y se procederá a recoger la firma de los
estudiantes.
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
21
Los proyectos presentados serán sometidos a mejoras o corrección si el caso lo amerita
con la finalidad de ser presentadas en la feria de proyectos científicos que el Instituto
Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño lanzará cada año.
X. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA
LINARES, H. (Linares.H., 2013).H. (2013). Fisica la Enciclopedia. Peru: Rubiños
Segunda Edicion.
LLIGUICHUZHCA, D. (2018). Guia didactica Electricidad y Magnetismo. Machala.
PEREZ. TERREL. (2002). Fisica Teoria y Practica. Peru: San Marcos.
SERWAY, FAUGGHN. (2001). Fisica General. Mexico: Pearson Quinta Edicion.
TIMOTE; SALVADOR. (2008). Compedio de Fisica . Peru: San Marcos.
Machala, 29 de Octubre del 2019
Elaborado por: Revisado por: Aprobado por:
Ing. Diego Lliguichuzhca
Docente
Ing. José Arce Apolo
Coordinador de carrera de
Redes y Telecomunicaciones
Dra. María Isabel
Jaramillo
Vicerrector
Fecha:29 de Octubre de
2019
Fecha: 29 de Octubre del
2019
Fecha:
Ing. Diego Lliguichuzhca
DOCENTE
Ing. Diego Lliguichuzhca
22
ORIENTACIONES PARA EL USO DE LA GUÍA DE ESTUDIOS
Antes de empezar con nuestro estudio, debes tomar en cuenta lo siguiente:
1. Todos los contenidos que se desarrollen en la asignatura contribuyen a tu
desarrollo profesional, ética investigativa y aplicación en la sociedad.
2. El trabajo final de la asignatura será con la aplicación de la metodología de
investigación científica.
3. En todo el proceso educativo debes cultivar el valor de la constancia porque no
sirve de nada tener una excelente planificación y un horario, si no eres
persistente.
4. Para aprender esta asignatura no memorices los conceptos, relaciónalos con la
realidad y tu contexto, así aplicaras los temas significativos en tu vida personal y
profesional.
5. Debes leer el texto básico y la bibliografía que está en el syllabus sugerida por el
docente, para aprender los temas objeto de estudio.
6. En cada tema debes realizar ejercicios, para ello debes leer el texto indicado
para después desarrollar individual o grupalmente las actividades.
7. A continuación, te detallo las imágenes relacionadas a cada una de las
actividades:
Imagen
Significado
Sugerencia
Talleres
Reflexión
Electricidad y Magnetismo
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23
Tareas
Apunte clave
Foro
Resumen
Evaluación
8. Animo, te damos la bienvenida a este nuevo periodo académico.
Ing. Diego Lliguichuzhca
24
DESARROLLO DE ACTIVIDADES
Unidad Didáctica I
Título de la Unidad Didáctica I:
ELECTRODINÁMICA
Introducción de la Unidad Didáctica I:
El término electrodinámica se utiliza para describir el movimiento de cargas eléctricas
que pasan de un átomo a otro, utilizando como medio de desplazamiento un material
conductor como, por ejemplo, un metal. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de
la electricidad se refieren a las corrientes eléctricas tales como, la batería de una
linterna al suministrar corriente al filamento del foco o bombilla cuando el interruptor se
coloca en posición de encendido. Gran parte de electrodomésticos funcionan con
corriente alterna, en estos casos el flujo de cargas eléctricas se lleva a cabo en un
conductor, como por ejemplo un alambre de cobre por el cual fluirá la corriente eléctrica
dentro del circuito.
Cuando aplicamos a cualquier circuito eléctrico una diferencia de potencial, tensión o
voltaje, suministrado por una fuente de fuerza electromotriz, las cargas eléctricas o
electrones comienzan a moverse a través del circuito eléctrico debido a la presión que
ejerce la tensión o voltaje sobre esas cargas, estableciéndose así la circulación de una
corriente eléctrica.
En este tema se explican las leyes y relaciones más importantes que rigen el
comportamiento de las corrientes eléctricas en los conductores.
Objetivo de la Unidad Didáctica I:
Describir las variables de las diferentes leyes de la electricidad aplicando los principios
fundamentales y formulación correctamente establecida para lograr un dominio de la ley
de Ohm, la ley de Kirchhoff, alcanzando de esta manera orden, criticidad y creatividad
en la implementación de circuitos con resistores.
Electricidad y Magnetismo
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25
Organizador grafico de la Unidad Didáctica I:
Electrodinámica
Corriente Eléctrica
Partes de un Circuito eléctrico básico
Ley de Ohm, Potencia y
Energía Eléctrica
Clasificación de los circuitos según sus
características
Leyes de Kirchhoff
Corriente continua
Corriente alterna
Identificar los elementos en circuitos reales
Ejercicios Aplicando la Ley de Ohm, potencia y
energía
Circuito Serie
Ley de Nodos
Circuito Paralelo
Circuito Mixto
Ley de Mallas
Ing. Diego Lliguichuzhca
26
1.1 Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor
dentro de un circuito eléctrico cerrado. La corriente eléctrica puede ser continua o
alterna.
1.1.1 Corriente continua
El flujo de corriente eléctrica se da en un solo sentido y se designa con las siglas DC
(Direct Current).
1.1.2 Corriente alterna
El flujo eléctrico se da en dos sentidos y se designa con las siglas AC (Alternating
Current).
1.2 Partes de un Circuito Eléctrico Básico
Fuente o generador. - Proporciona la corriente
eléctrica.
Conductores. - Permite que la corriente eléctrica
vaya de un elemento a otro del circuito.
Elementos de mando o control. - Permite abrir o
cerrar a voluntad el paso de la corriente eléctrica.
Receptores. - Son los elementos que transforman la
energía eléctrica en otro tipo de energía.
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
27
1.3 La ley de Ohm
En la ley de Ohm existe una relación fundamental entre las magnitudes básicas de
todos los circuitos, y es:
Es decir, la intensidad que recorre un circuito es directamente proporcional a la tensión
de la fuente de alimentación e inversamente proporcional a la resistencia en dicho
circuito, esta relación se conoce como la ley de Ohm.
Ejemplos aplicando la ley de Ohm:
Calcular la intensidad de la corriente que tiene una resistencia de y que está
alimentada por una batería de 30V.
Calcular el voltaje entre dos puntos de un circuito por el que pasa una corriente de 4A y
presenta una resistencia de 10 .
Calcular la resistencia en un circuito de corriente de 5A y tiene una diferencia de
potencial 11v.
Se plantearon ejercicios para su resolución, se deberá aplicar la ley de Ohm y
determinar los valores solicitados en cada ejercicio. Cada parámetro de
resistencia, voltaje o corriente debe estar con su respectiva unidad de medida.
Ing. Diego Lliguichuzhca
28
Triangulo para facilitar la aplicación de la ley de Ohm.
1.4 Potencia Eléctrica
Es la cantidad de energía consumida por un receptor y su unidad de medida es el vatio
o watts.
1.5 Energía Eléctrica
Es la cantidad de energía consumida por un receptor en un determinado tiempo y su
unidad de medida es en vatios hora.
E= Energía [Wh]
P= Potencia [W]
t= tiempo [h]
Ejemplo:
Una bombilla de 40 W está encendida durante 10 h. Calcular la energía que ha
consumido.
Por una bombilla circula una corriente de 0.5 A cuando está conectada a una batería de
9 V. Calcular la energía consumida en una hora?
P= 40 W t= 10 h E=?
Electricidad y Magnetismo
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29
1.6 Clasificación de los Circuitos según sus características
Los circuitos se pueden clasificar según sus características en: circuito serie, circuito
paralelo, circuito mixto.
1.6.1 Circuito Serie
Es aquel en el que dos o más elementos se predisponen de manera que la salida de
uno es la entrada del siguiente. Cuando un dispositivo de los que se encuentran
conectados en serie falla, todos los demás se quedaran también sin energía eléctrica.
Características de los circuitos en Serie
RT= R1+ R2+ R3…… +Rn (La resistencia total será = a la suma de todas las
resistencias parciales.)
VT= V1+ V2+ V3…….+Vn (El voltaje total será = a la suma de todos los voltajes
parciales.)
IT= I1= I2= I3…………=In (La corriente total será = en todos los puntos del circuito.)
I= 0.5 A V= 9 V E=? t= 1 h
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Revisar la plataforma Amauta constantemente ya que en este caso se enviara
ejercicios de potencia y energía para su resolución.
Ing. Diego Lliguichuzhca
30
VT= 1.428 + 2.856 + 7.14 + 3.57
VT= 14.994 V
1.6.2 Circuito Paralelo
Esta conexión es la más utilizada por ser la más estable, ya que la tensión será la
misma en todos los puntos del circuito y la intensidad de corriente se divide para cada
uno de los receptores conectados. Para reconocer este tipo de conexión debemos
saber que tiene sus entradas conectadas a un mismo punto y sus salidas al otro mismo
punto.
RT= 2+ 4+ 10+ 5
RT= 21
Electricidad y Magnetismo
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31
Características de los circuitos en Paralelo
1.6.3 Circuito Mixto
Es una combinación de varios elementos conectados tanto en serie como en paralelo,
estos pueden conectarse de la manera que sea dentro del circuito, siempre y cuando se
utilicen los dos diferentes sistemas: serie y paralelo.
Características de los circuitos Mixtos
A la parte serie del circuito, se le aplica lo estudiado para los circuitos serie.
Al comparar los resultados de la IT intensidad total podemos evidenciar que
tienen valores aproximados, y esto se debe a que no se está trabajando con
todos los decimales al momento de realizar los cálculos, si deseamos que los
cálculos sean exactos, se debe trabajar con todos los decimales.
Ing. Diego Lliguichuzhca
32
A la parte paralelo del circuito, se le aplica lo estudiado para los circuitos en paralelo.
Al comparar los resultados de la IT, VT podemos evidenciar que tienen valores
aproximados, y esto se debe a que no se está trabajando con todos los
decimales al momento de realizar los cálculos, si deseamos que los cálculos
sean exactos, se debe trabajar con todos los decimales.
Se plantearon ejercicios de circuitos con conexión Serie, Paralelo y Mixto.
Deben resolver los ejercicios y demostrar las características de cada tipo de
circuito, y realizar la comprobación.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Electricidad y Magnetismo
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1.7 Leyes de Kirchhoff
1.7.1 Primera ley de Kirchhoff o Ley de Nodos
En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma
de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma algebraica de todas las
corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.
∑ I Ingresan = ∑ I salen
Nodo. - Punto del circuito donde se une más de un terminal de un componente
eléctrico.
De tal manera, se debe identificar cuáles son las corrientes que ingresan y cuáles son
las corrientes que salen del nodo. Por ejemplo:
EJEMPLO:
I1 Ingresa
I2
I3
I2, I3 Salen
del nodo
∑ I Ingresan = ∑ I salen I1 = I2 + I3
Ing. Diego Lliguichuzhca
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1.7.2 Segunda ley de Kirchhoff o Ley de Mallas
La segunda ley de Kirchhoff o ley de mallas, nos dice que la sumatoria de los voltajes
dentro de un circuito cerrado tiene que ser igual a cero.
Ejemplo: Resolucion por Determinantes
Electricidad y Magnetismo
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35
Recuerden que al resolver los ejercicios que tengan más de dos mallas o dos nodos, se encontraran con un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, los cuales se pueden resolver mediante
Resolver ejercicios propuestos enviado a la plataforma AMAUTA, aplicando la ley de nodos y mallas de Kirchhoff.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Ing. Diego Lliguichuzhca
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Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica I:
Actividad de Aprendizaje 1 de Unidad Didáctica I:
Identificar las unidades de medida básicas de electricidad, resolver circuitos mixtos y aplicar las leyes estudiadas en la unidad didáctica.
Actividad de Auto-evaluación de la Unidad Didáctica I:
Investigar la utilidad de la electricidad y el magnetismo en la carrera de Redes y
Telecomunicaciones y realizar un informe detallado sobre el electromagnetismo en las
telecomunicaciones.
Para la evaluación de la primera unidad deben tomar en cuenta todos los temas revisados, teoría y los ejercicios.
Electricidad y Magnetismo
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Unidad didáctica II
Título de la Unidad Didáctica II:
ELECTROSTÁTICA
Introducción de la Unidad Didáctica II:
La electricidad puede existir como carga estacionaria, conocida como electricidad
estática; también puede estar en movimiento y fluyendo, conocida como corriente
eléctrica. Las partículas subatómicas tales como los protones y electrones, poseen
cargas eléctricas minúsculas. En tiempos relativamente recientes, la humanidad ha
aprendido a almacenar el poder de la electricidad. Este poder, y los muchos tipos de
circuitos y dispositivos eléctricos que el hombre ha inventado, han transformado el
mundo de manera radical. La electricidad también juega un papel importante en el
mundo natural, cuando se generan poderosos rayos que producen señales que se
desplazan a través de nuestros nervios.
El magnetismo va de la mano con la electricidad. Algunos materiales, tales como el
hierro, son atraídos por imanes, mientras que otros, como el cobre, ignoran su
influencia. Describimos el movimiento de objetos influenciados por imanes en términos
de campos magnéticos. Sabemos que los imanes tienen polo norte y polo sur, y que
polos iguales se repelan entre sí, mientras que polos opuestos se atraen. La
electricidad y el magnetismo son dos caras de una simple fuerza fundamental. Al
acelerar un imán se producirá una corriente eléctrica, si varías el flujo de electricidad, se
origina un campo magnético.
Ing. Diego Lliguichuzhca
38
Objetivo de la Unidad Didáctica II: Identificar problemas de la vida diaria asociados a
la Electricidad empleando el SI, concepciones referentes a fuerzas y campos eléctricos,
mediante la formulación que nos permita la demostración de las características y clases
de cargas eléctricas en un sistema de referencia ubicado en la naturaleza del fenómeno
electrostático demostrando cooperación y participación en los temas impartidos dentro
del aulas de clases.
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica II:
Electrostática
Conceptos Generales
Ley de Coulomb
Campo Eléctrico
Movimiento de cargas en un campo eléctrico
Flujo Eléctrico
Estructura de la Materia
Estructura del Átomo
Ejercicios aplicando la ley de Coulomb
Intensidad de Campo Eléctrico
Principios y Formulación
Formulación para flujo eléctrico
Ejercicios sobre
movimiento de cargas
Resolución de ejercicios
básicos
La Electrostática
Líneas de Campo Eléctrico
Principio de Superposición
Electricidad y Magnetismo
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2.1 Conceptos Generales
Electricidad. - Movimiento de electrones a través de un conductor. El electrón es un
elemento del átomo que está cargado negativamente.
Magnetismo. - Conjunto de fenómenos atractivos y repulsivos producidos por los
imanes y las corrientes eléctricas.
El fenómeno de atracción se da entre elementos cargados negativamente y
positivamente o viceversa, es decir polos contrarios se atraen.
El fenómeno de repulsión se da entre dos elementos que tengan el mismo tipo de
carga, sea esta positiva o negativa.
Usos del magnetismo: motores, brújulas, dispositivos de almacenamiento,
telecomunicaciones, etc.
Emisor Receptor
(Tx) Medio (Rx)
Un ejemplo que cabe puntualizar es el de las redes de comunicaciones a través de las ondas electromagnéticas, siguiendo el esquema emisor, medio y receptor.
Ing. Diego Lliguichuzhca
40
2.2 Estructura de la Materia
Definimos a la materia como, todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene peso.
La materia está conformada por moléculas a su vez estas están conformadas por
átomos los mismos que están constituidos por electrones y núcleo (protones y
neutrones).
2.3 Estructura del Átomo
Electrones. - Giran alrededor del núcleo en su
órbita y tienen carga eléctrica negativa.
Núcleo. - Está conformado por protones y
neutrones.
Protones. - Tiene carga eléctrica positiva.
Neutrones. - Tiene carga eléctrica neutra.
Todos los átomos de cualquier cuerpo tienen
cargas eléctricas, pero en los cuerpos predomina
la carga neutra.
La cantidad de electrones y protones en un átomo me permite determinar la carga
eléctrica de él, así tenemos que:
• Si el número de electrones es mayor que el de protones el átomo tiene carga
negativa.
• Si el número de protones es mayor que el de electrones el átomo tiene carga
positiva.
• Si la cantidad de electrones y protones es igual el átomo tiene carga neutra.
Podemos afirmar que el proceso del electrón de girar en su órbita se origina por la
atracción que se da entre él y la carga positiva del núcleo del átomo.
2.4 La Electrostática
Es una rama de la física que estudia las interacciones entre cuerpos cargados
eléctricamente, que se encuentran en reposo.
MATERIA MOLECULAS ATOMOS
• Electrones (-)
• Protones (+)
• Neutrones ( )
• Núcleo
Electricidad y Magnetismo
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41
2.4.1 Proceso de electrización
Es un procedimiento que permite que un cuerpo que se encuentra eléctricamente
neutro adquiera carga eléctrica de algún tipo puede ser por fricción, contacto o
inducción.
Por Fricción: Se requieren dos cuerpos eléctricamente neutros,
al friccionarse entre sí produce paso de electrones de un cuerpo
a otro, aquel que reciba más electrones quedara cargado
negativamente y aquel que ceda más electrones quedara
cargado positivamente.
Por Contacto: Aquí se necesita un cuerpo previamente
cargado y otro con carga neutra y el procedimiento sería
poner los cuerpos en contacto, lo que sucede es que
mientras los cuerpos estén en contacto la carga total que
existe entre los cuerpos se divide proporcionalmente.
Por Inducción: De igual manera se requiere de un cuerpo
cargado eléctricamente y otro neutro al estar cargado uno de
los cuerpos si se lo acerca al otro cuerpo sin tener contacto se
producirá el efecto de inducción.
Realizar experimento mediante alguno de los métodos de electrización, realizar
video y enviarlo mediante correo o Whpp, se debe evidenciar que ustedes
realizan el video, es decir, deben salir como autores propios de su experimento.
Ing. Diego Lliguichuzhca
42
2.5 La Ley de Coulomb
Esta ley nos describe la fuerza entre dos cargas puntuales en reposo, nos dice que, si
tenemos dos cargas puntuales Q1, Q2, situadas a una distancia d aparece una fuerza
eléctrica entre ellas tal que: la fuerza entre ambas cargas tendrá una dirección que
coincide con una línea recta imaginaria que une las dos cargas.
Ley Cualitativa. Ley Cuantitativa.
F= Fuerza (N)
k= Constante de Coulomb = 2
2
9109
C
Nm
q= Cargas eléctricas (C)
d= distancia (m)
CpCbPicocoulom
CnCbNanocoulom
CCmbMicrocoulo
CmCbMilicoulom
12
9
6
3
1011
1011
1011
1011
−
−
−
−
→→
→→
→→
→→
mdmDecímetro
mcmCentímetro
mmmMilímetro
3
2
3
1011
1011
1011
−
−
−
→→
→→
→→
Algo importante que se debe tomar en consideración es que la ley de Coulomb
es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas
como las existentes entre protones y electrones en un átomo.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Electricidad y Magnetismo
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43
Ejemplos:
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1= 5 C y q2= 16 C que
se encuentran en reposo y a una distancia de 2 m.
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1= 18 C y q2= - 25 C
que se encuentran a una distancia de 3m.
Los signos de las cargas eléctricas únicamente son utilizados para determinar si
las fuerzas “F” son de atracción o repulsión. Cabe recalcar que cargas con
signos iguales se repelen y cargas con signos diferentes se atraen
Desarrollar ejercicios propuestos en la plataforma AMAUTA, en el cual
encontraran ejercicios planteados referentes a la Ley de Coulomb, recuerden
colocar las unidades de medida e interpretar sus respuestas.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Ing. Diego Lliguichuzhca
44
2.6 Campo Eléctrico
Definición. - Lugar del espacio en donde interactúan las fuerzas eléctricas.
2.6.1 Intensidad del Campo eléctrico.
La intensidad del campo eléctrico (E→) en un punto es una magnitud vectorial que
representa la fuerza eléctrica (F→) que actúa por unidad de carga testigo (q), situada
en dicho punto. Mientras más cerca estén las cargas eléctricas mayor será la
Intensidad.
F= Fuerza [N]
q= Carga eléctrica [C]
E= Intensidad del Campo [N/C]
2.6.2 Líneas de Campo Eléctrico
Las líneas de campo eléctrico son abiertas, salen siempre de las cargas positivas o del
infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas. El número de líneas que salen
de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
CARGA POSITIVA CARGA NEGATIVA
En la figura se muestran
las líneas de campo de
una carga POSITIVA, se
muestra claramente que
las líneas de campo
(flechas) van “hacia
afuera” de la carga.
En la figura se muestran
las líneas de campo de
una carga NEGATIVA,
se muestra claramente
que las líneas de campo
(flechas) van “hacia
dentro” de la carga.
F= q. E
Electricidad y Magnetismo
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45
Entre dos cargas de la misma polaridad las líneas de campo eléctrico nunca se tocarán.
Si entre las cargas eléctricas se determina una distancia, la formula a emplearse sería
la siguiente:
E= Intensidad [N/C]
K= Constante de Coulomb
q= Carga Eléctrica [C]
r= Distancia [m]
Ejercicios:
1.- Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire generado por una carga q= 5 NC a
una distancia de 30 cm.
R// la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 30 cm es de 500
2
2
C
Nm
Líneas de campo eléctrico
alrededor de dos cargas:
una positiva y una
negativa.
La dirección de las líneas de campo se indica por una flecha y es igual al vector
E (intensidad de campo eléctrico). Es importante conocer que dos líneas de
campo no se pueden cruzar entre sí.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Revisar la plataforma amauta, se enviara ejercicios sobre intensidad de campo
eléctrico y demás parámetros, los cuales deberán despejar su formula general.
Ing. Diego Lliguichuzhca
46
2.7 Principio de Superposición
El principio de superposición sucede cuando dos o más cargas ejercen fuerza
simultáneamente sobre una tercera carga, la fuerza total es la suma vectorial de las
fuerzas o Intensidades (E) que las dos cargas ejercen individualmente, tal como se
muestra en la fórmula.
Ejemplos con superposición:
Se tiene dos cargas fuente q1= 5 x 10-6 C, q2= 2,5 x 10-6 C como se muestran en la
figura ¿Calcular la intensidad del campo eléctrico en el punto P suponiendo que esta es
una carga de prueba y está ubicada en el origen del plano cartesiano?
R// La intensidad total en el punto “P” es igual a 48600
FT= F1 + F2 + F3 +….. Fn Sumatoria de Fuerzas
ET= E1 + E2 + E3 +….. En Sumatoria de Intensidades
Es importante identificar que una carga de prueba SIEMPRE la consideraremos
de signo positivo, y de esa manera determinaremos si se atrae o repele con
respecto a las demás cargas del sistema.
Electricidad y Magnetismo
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47
2.8 Movimiento de cargas en un Campo Eléctrico Uniforme.
Para establecer un campo eléctrico uniforme las líneas de campo deben ser todas en la
misma dirección y con la misma separación. Esta condición se logra al colocar dos
placas con signo contrario a una misma distancia.
Si en un campo existe una fuerza neta, en alguna dirección también existirá una
aceleración por lo que la velocidad no es constante y estaríamos hablando del
movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
En Física sabemos que F=m*a (Fuerza= masa*aceleración) por lo tanto:
Si recordamos las ecuaciones del Movimiento uniformemente acelerado, la velocidad de
la carga será:
Y la posición de la partícula:
Ing. Diego Lliguichuzhca
48
Ejemplos con movimiento de partículas:
Un electrón se encuentra en reposo en un campo eléctrico uniforme con una intensidad
de campo de 2x10-4 N/C creado por dos planos paralelos con cargas opuestas, situadas
a 3cm de distancia. Inicialmente el electrón se encuentra en el plano negativo ¿Con que
velocidad llegara al plano positivo?
R// El electrón tendría una VF al llegar a la placa positiva de 14521,080 m/s.
Revisar la Plataforma Amauta se enviara ejercicios sobre movimiento de
partículas en campos eléctricos uniformes.
Electricidad y Magnetismo
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49
2.9 Flujo Eléctrico
El flujo eléctrico se representa por medio del número de líneas de campo eléctrico que
pasa a través de alguna superficie, por ejemplo:
Como se aprecia en las figuras anteriores el número de líneas de campo que pasan a
través de una superficie determinada, depende de la orientación de esta superficie.
El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga
que contenga dentro de la superficie. Dividido por la constante o permitividad.
=
=
==
=
=
C
NE
mA
C
Nm
2
2
Flujo Eléctrico
Área
Intensidad de Campo
Eléctrico
= A. E
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Ing. Diego Lliguichuzhca
50
Si la superficie considerada no es perpendicular al campo y esta forma un ángulo con el
campo eléctrico, el número de líneas que cruzan el área “A” la cual es perpendicular al
campo A’ y el flujo será:
Ejemplos:
1) El campo eléctrico vertical de 2X104 N/C se encuentra sobre la superficie de la
tierra, un camión que puede considerarse como un rectángulo de
aproximadamente de 6m de lago y 3m de alto viaja a lo largo de un camino
inclinado de 10° hacia abajo. Determine el flujo eléctrico a través de la base
interior del camión.
= E. A. Cos
Electricidad y Magnetismo
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51
R // El flujo eléctrico a través de la base interior del camión con las dimensiones antes
descritas y un campo eléctrico de 2x104N/C, es igual a 354530,79Nm2/C.
2) Un disco cuyo radio mide 10 cm está orientado con su vector unitario normal
“n” formando un Angulo de 30° con respecto a un campo eléctrico uniforme “E”
cuya magnitud es de 2x103N/C.
a) Cuál es el flujo eléctrico a través del disco.
b) Cuál es el flujo a través del disco si este se orienta de modo que su normal sea
perpendicular a la intensidad.
c) Cuál es el flujo a través del disco si su normal es paralela a la intensidad.
Ing. Diego Lliguichuzhca
52
R// El flujo eléctrico que pasa a través de la esfera es igual a 54.386 Nm2/C cuando está
en un ángulo de 30°, 0 Nm2/C cuando está en un ángulo de 90°, 62.8 Nm2/C cuando
está en un ángulo de 0°
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica II:
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica II:
• Plantear 3 ejercicios propios sobre cada tema tratado, resolverlos y enviarlos
mediante correo electrónico.
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica II:
Realizar un informe detallado de los temas revisados en la unidad didáctica II, con
ejemplos aplicados.
Resolver los ejercicios planteados en la plataforma AMAUTA sobre la Ley de Coulomb, Movimiento de cargas en campos eléctricos y flujo eléctrico, tomar en cuenta que las evaluaciones son muy similares a los ejercicios propuestos.
En esta etapa de estudio debemos prepararnos para la evaluación de fin de la
unidad y también la evaluación del primer parcial. Repasen los ejercicios
realizados y la teoría revisada.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema, para reforzar los
conocimientos que deben ser adquiridos
Electricidad y Magnetismo
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53
Unidad Didáctica III
Título de la Unidad Didáctica III:
POTENCIAL ELÉCTRICO Y CAPACITORES
Introducción de la Unidad Didáctica III:
Los capacitores son elementos importantes que se encuentran en los circuitos
eléctricos y electrónicos. Estos dispositivos son conocidos como elementos pasivos,
solo son capaces de absorber energía eléctrica. A diferencia de un resistor que disipa
energía, los capacitores la almacenan y la regresan al circuito al que están conectados.
Un capacitor está conformado por dos placas metálicas, enfrentadas y separadas por
un dieléctrico por una mínima distancia, siendo el dieléctrico un material no conductor
de electricidad.
La magnitud del valor de capacidad de un capacitor es directamente proporcional al
área de sus placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa, es decir,
cuanto mayor sea el área de las placas, mayor será el valor de capacidad, y cuanto
mayor sea la distancia entre las placas, mayor será la aislación o tensión de trabajo del
capacitor, aunque el valor de capacidad disminuye proporcionalmente cuanto más
separadas estén las placas.
En cuanto a la energía potencial eléctrica, es la energía que tiene una carga eléctrica
debido a su posición en relación con otra u otras cargas eléctricas, el movimiento de las
cargas eléctricas se debe a esta energía. Al separar o juntar dos cargas eléctricas a
una distancia “r” dentro de sus campos eléctricos, se está quitando o dando a las
cargas eléctricas potencial energético, una respecto a la otra. Al soltar esas cargas, van
a atraerse o repelerse, liberando esa energía eléctrica adquirida, también es similar a
dos imanes, pero los imanes será energía magnética.
ENERGÍA
POTENCIAL
ELÉCTRICA
CAPACITORES
Ing. Diego Lliguichuzhca
54
Objetivo de la Unidad Didáctica III:
Resolver problemas del entorno natural que impliquen aspectos relacionados a la
Energía Eléctrica y Capacitancia, mediante la aplicación de criterios sobre potencial,
diferencia de potencial, principios de la conservación de la energía almacenada en
capacitores cargados y las combinaciones de los mismos en circuitos mixtos para la
experimentación de procesos sistémicos en los que se simulen circuitos de capacitores
en serie y en paralelo, desarrollando ética investigativa al desarrollar proyectos,
trabajos, tareas que son medios para su profesionalización.
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica III:
Potencial Eléctrico y Capacitores
Potencial
Trabajo para trasladar
una carga
El Capacitor
Potencial Eléctrico
Energía Potencial
Resolución de ejercicios y
determinar el trabajo realizado
Capacitor de Placas Paralelas
Campo Eléctrico entre las placas
Capacitores conectados en Serie y
Paralelo
Electricidad y Magnetismo
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55
3.1 Potencial eléctrico y Energía Potencial
3.1.1 Potencial Eléctrico
Es una magnitud escalar que nos permite obtener una medida del campo eléctrico en
un punto determinado y está dada por la siguiente formula.
V= Potencial Eléctrico
EP= Energía potencial
q= Carga
3.1.2 Energía Potencial
Capacidad para realizar un trabajo.
Ejemplos:
Cuál es el potencial eléctrico creado por una carga fuente de -2 mC en un punto
situado a 5m de ella en el vacío.
R// El potencial eléctrico de una carga es
Calcular la energía potencial de un sistema formado por 2 partículas cuyas cargas
eléctricas de prueba y fuente son iguales a q=2uC Q= 4uC respectivamente y se
encuentran separadas a una distancia de 200cm.
V=
Ing. Diego Lliguichuzhca
56
R// La energía potencial es de 0.036 Nm
Calcular el potencial eléctrico de una carga que adquiere una energía
R// El potencial eléctrico de una carga es de 62.500 V
3.2 Energía potencial de un sistema de más de dos partículas
Si en lugar de poseer dos cargas puntuales, disponemos de más cargas, podemos
calcular la energía potencial sumando algebraicamente la energía potencial entre cada
pareja de cargas. Por ejemplo. Si disponemos de 3 cargas q1, q2, q3 se obtiene la
siguiente expresión.
Revisar la plataforma Amauta, se enviara ejercicios propuestos sobre Potencial
Eléctrico. No se olviden de colocar las unidades de medida e interpretar las
respuestas de cada ejercicio planteado.
Electricidad y Magnetismo
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57
Ejemplo:
Cuál es la energía potencial de un sistema formado por 3 partículas cuyas cargas son
dos positivas y una negativa con una magnitud igual a 2 uC que se encuentran
ubicados en los vértices de un triángulo equilátero con un lado igual a 3 cm.
R// La energía potencial de las tres cargas es igual a -1.2 Nm
3.3 Trabajo realizado para trasladar una carga desde un punto “A” a otro “B”
El trabajo que debe realizar un campo eléctrico para trasladar una carga “q” desde un
punto “A” a otro “B” dentro del campo, se obtiene por medio de la siguiente expresión:
W= Trabajo [J], se mide en Joule.
q= Carga [C], se mide en Coulomb.
VA= Voltaje punto A [V], se mide en Voltios.
VB= Voltaje punto B [V], se mide en Voltios.
Datos: q= C
r= 0.02m
Ing. Diego Lliguichuzhca
58
Ejemplos:
Calcular el trabajo realizado para mover una partícula de 10 uC entre los puntos A y B,
sabiendo que el potencial eléctrico en el punto A es igual a 8V y en el punto B= 4V
R// El trabajo realizado dentro del campo eléctrico es
Una carga de 4 uC se mueve del punto A al B, determinar la diferencia del potencial
VAB si la distancia del punto A la carga es de 20cm y la distancia del punto B a la
carga es de 40cm. Determinar el valor del trabajo realizado por el campo eléctrico al
trasladarse la carga entre estos dos puntos.
R// El valor de trabajo es de
Electricidad y Magnetismo
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59
3.4 El Capacitor
Un capacitor o condensador es un elemento capaz de almacenar energía eléctrica en
un corto tiempo. El capacitor está compuesto internamente por dos conductores
llamados placas, separadas entre sí por una lámina utilizada para el almacenamiento
de cargas eléctricas, su unidad de medida son los Faradios y su simbología es la
siguiente:
C= capacitores [F]
Tipos de Capacitores.
1. Capacitor de placas paralelas.
2. Capacitor cilíndrico.
3. Capacitor esférico.
3.4.1 Capacitor de Placas Paralelas
Para el capacitor de placas paralelas, la capacitancia se puede calcular con la siguiente
formula:
C= Capacitancia [F], se mide en Faradios.
= Permitividad
A= Área de cualquiera de las placas del capacitor [m2], se mide en metros al cuadrado.
d= Separación entre las placas del capacitor [m], se mide en metros.
3.4.2 Campo eléctrico entre las placas
Los capacitores de placas paralelas que tienen cargas iguales y opuestas crean un
campo uniforme donde:
E= Campo eléctrico
Ing. Diego Lliguichuzhca
60
Ejemplos:
Dos planos paralelos cargados están separados 2cm y entre ellos existe una
distancia de potencial de 5000 V ¿Cuál es el campo eléctrico que existe entre los
planos?
R// El campo eléctrico que existe entre los dos planos es de
Dos planos paralelos tienen una intensidad de campo eléctrico igual a 750 y se
encuentran separadas entre sí por una distancia de 125 mm ¿Cuál será la
diferencia del potencial entre los planos?
R// La diferencia del potencial entre dos planos es de
Las placas paralelas de un capacitor están separadas por una distancia de 3.28 mm y
cada una tiene una área de 12.2 . Cada placa tiene una carga con magnitud igual a
Electricidad y Magnetismo
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61
Cuál es la capacitancia.
Cuál es la diferencia de potencial entre las placas.
Cuál es la magnitud de campo eléctrico entre las placas.
R// La capacitancia es de
R// La diferencia del potencial entre las placas es de
R// La magnitud de campo eléctrico entre las placas es de
Se realizará foros constantemente sobre cada tema mediante la plataforma
AMAUTA, para reforzar los conocimientos que deben ser adquiridos
Con el fin de que los temas no sean tan extensos se realizaran lecciones
constantemente.
Revisar la plataforma Amauta, deben realizar ejercicios para calcular la
capacitancia entre las placas de un capacitor.
Ing. Diego Lliguichuzhca
62
3.5 Condensadores en Serie
La capacidad total de los capacitores conectados en serie se calcula sumando las
inversas de cada una de las capacidades y calculando la inversa del resultado. Es
decir:
Electricidad y Magnetismo
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63
3.6 Condensadores en Paralelo
La capacidad total de los capacitores en paralelo se calcula sumando las capacidades
de cada uno de los capacitores.
Ing. Diego Lliguichuzhca
64
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica III:
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica III:
Resolver ejercicios planteados por ustedes, se debe realizar 2 ejercicios por cada tema
revisado y enviarlos mediante correo electrónico.
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica III:
Investigación acerca de los usos de capacitores en las telecomunicaciones.
Resolver los siguientes ejercicios sobre capacitores conectados en serie, paralelo, mixtos y potencial eléctrico, los ejercicios estarán subidos en la plataforma AMAUTA.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema mediante la plataforma
AMAUTA, para reforzar los conocimientos que deben ser adquiridos
La lección de fin de unidad será únicamente a partir de la última prueba hasta el
último tema revisado.
Electricidad y Magnetismo
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65
Unidad didáctica IV
Título de la Unidad Didáctica IV:
Magnetismo
Introducción de la Unidad Didáctica IV:
Una de las fuerzas más importantes de la Física es el Magnetismo, en esta unidad
revisaremos temas como fuentes de campo magnético, las leyes principales como la de
Ampere, Bio Savart, Gauss, Faraday para el campo magnético y las ecuaciones de
Maxwell.
Los imanes producen un campo magnético fuera y dentro del mismo, como se observa
en la figura:
El campo magnético hace referencia a que determinados materiales o partículas
experimentan una fuerza de atracción o repulsión al estar en las inmediaciones del
campo, esto quiere decir que el imán es capaz de generar una fuerza a distancia o, en
otras palabras, sin contacto directo.
Una carga o un conjunto de cargas en movimiento (es decir, una corriente eléctrica)
producen un campo magnético. A continuación, una segunda corriente o carga en
movimiento responde a ese campo magnético, con lo que experimenta una fuerza
magnética.
Objetivo de la Unidad didáctica IV: Clasificar los diversos fenómenos Magnéticos que
se provocan en la naturaleza por medio de leyes o principios de Electromagnetismo y la
utilización de magnitudes y fórmulas para la obtención de características en los campos
Ing. Diego Lliguichuzhca
66
y fuerzas magnéticas en el movimiento de partículas cargadas, demostrando constancia
y exactitud en el uso de las leyes y principios del magnetismo.
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica IV:
Magnetismo
Campo Magnético
Principales Leyes
Análisis e
Interpretación de las ecuaciones de Maxwell
Fuentes de Campo Magnético
Inducción Magnética
Ley de Biot Savart y
resolución de ejercicios
Flujo Magnético
Ley de Ampere y
resolución de ejercicios
Ley de Faraday, resolución de
ejercicios
Electricidad y Magnetismo
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67
4.1 Magnetismo
Es una propiedad física que se da entre sustancias magnéticas. Una corriente eléctrica
puede generar un campo magnético, dependiendo de la dirección de la corriente, la
aguja se mueve hacia un lado o hacia el otro, es decir, que se invierte el campo
magnético generado. La imantación y la corriente eléctrica son dos fenómenos
relacionados.
4.2 Campo Magnético
Un campo magnético es la representación matemática del modo en que las fuerzas
magnéticas se distribuyen en el espacio que circunda a una fuente magnética. Esta
fuente puede ser un imán, una carga en movimiento o una corriente eléctrica. Siempre
que exista alguno de estos elementos, habrá un campo magnético a su alrededor, es
decir, un campo de fuerzas magnéticas.
Ing. Diego Lliguichuzhca
68
Una característica fundamental de los campos magnéticos es que son dipolares,
poseen un polo norte y un polo sur, a los que también se les dice comúnmente polo
positivo y polo negativo. Las líneas de campo magnético salen del polo norte y llegan al
polo sur.
4.3 Fuentes de campo magnético
• Corriente eléctrica
• Ley de Biot Savart
• Ley de Ampere
Un campo magnético tiene dos fuentes que la originan. Una de ellas es una corriente
eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado,
una corriente origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella
sea estacionaria. La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está
dada por la ley de Ampere.
4.4 Ley de Biot Savart
En 1919 los científicos franceses Jean- Baptiste Biot y Félix Savart descubrieron la
relación entre una corriente y el campo magnético que esta produce. Esta es la
ecuación que determina el cálculo de la ecuación magnética en función de la corriente
eléctrica:
Electricidad y Magnetismo
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69
4.5 Ley de Ampere
La ley que nos permite calcular campos magneticos a partir de las corrientes electricas
es la Ley de Ampere. Fue descubierta por Andre Ampere en 1826 y su formula es:
La Integral del primer término es la circulación o integral de línea de campo magnético a
lo largo de una trayectoria cerrada.
Donde:
µ0 es la permeabilidad del vacío
ds es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto
I es la corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, y será
positiva o negativa según el sentido con el que atraviese a la superficie.
4.6 Ley de Faraday
Esta ley nos dice acerca de la variación del campo magnético, cuando este cambia
produce un campo eléctrico que se representa en fuerza electromotriz, como existe un
campo eléctrico aparecerá una corriente, todo esto gracias al campo magnético.
Donde:
N= Numero de vueltas
Φ= BA = Flujo Magnetico
B= Campo magnetico externo
Ing. Diego Lliguichuzhca
70
A= Area de la bobina
El signo menos denota la ley de Lenz, Fem(Fuerza Electromotriz), es el termino para el
voltaje generado o inducido.
4.7 Ecuaciones de Maxwell
Las ecuaciones de Maxwell en forma integral:
No debemos asustarnos al ver los símbolos de las ecuaciones anteriormente revisadas,
hay que decir que Maxwell es reconocido universalmente como el padre de las
telecomunicaciones modernas. Para comprender mejor el electromagnetismo no
vamos a explicar de dónde o como salen las formulas expuestas, sino que se realizara
de una manera un poco más simple como lo es desde una carga eléctrica, algo que ya
revisamos en esta guía didáctica, enseguida nos viene a la cabeza el modelo de un
átomo que tiene un núcleo formado de protones y neutrones, en torno al cual gira un
cierto número de electrones, también recordamos que los protones tienen carga
positiva y los electrones carga negativa. Todo el electromagnetismo deriva de esa
propiedad fundamental de la materia que es la carga eléctrica.
4.8 El principio de las Telecomunicaciones
Cuando se comprobó la existencia de las ondas electromagnéticas, el impacto que tuvo
Maxwell en las telecomunicaciones fue muy amplio, todos los sistemas de transmisión
de información sobre ondas electromagnéticas (con o sin cables) funciona a base de
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
71
desplazar cargas eléctricas de modo que su velocidad dibuje la forma de onda
oportuna. La comunicación a través de ondas se da de la siguiente manera, una antena
emisora de radio acelera las cargas de su superficie para generar ondas
electromagnéticas, esas ondas viajan a través del aire, y cuando inciden sobre la
antena de un receptor, ceden parte de su energía a las cargas eléctricas de su
superficie para ponerlas en movimiento, si se consigue que el movimiento de las cargas
en recepción sea un reflejo más o menos fiel del movimiento de cargas en emisión, se
habrá producido la comunicación.
Es importante recordar que se debe manejar una buena zona fresnel cuando se realiza un enlace en las telecomunicaciones, recordando que la obstrucción debe ser 20% o menor y como máximo un 40%. Cualquier desviación que altere el refuerzo de la Zona uno reduce la señal recibida y que debe estar en lo posible libre de obstáculos para tener una señal adecuada.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema mediante la plataforma
AMAUTA, para reforzar los conocimientos que deben ser adquiridos
Ing. Diego Lliguichuzhca
72
Actividades de aprendizaje de la Unidad Didáctica IV:
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica IV:
Realizar 2 experimentos aplicando el magnetismo, realizar un video en el que se pueda
evidenciar su presencia (salir en el video como protagonista), y enviarlo por correo o
Whpp.
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica IV:
Realizar un informe detallado de los experimentos realizados.
Realizar investigación sobre el magnetismo en las telecomunicaciones y realizar un informe detallado sobre la importancia del mismo para la carrera. La tarea estará subida en la plataforma AMAUTA.
Esta Unidad es mucho más práctica que las anteriores por lo cual la evaluación de unidad será teórica-practica. La práctica puede ser un experimento.
.
Electricidad y Magnetismo
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73
Unidad didáctica V
Título de la Unidad Didáctica V:
Ondas Electromagnéticas
Introducción de la Unidad Didáctica V:
En esta unidad estudiaremos la propagación de las ondas electromagnéticas y la
propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, y sus aspectos
teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las
ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas
electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse.
Objetivo de la Unidad Didáctica V: Establecer los fenómenos que se provocan por
ondas electromagnéticas aplicando leyes, principios, ecuaciones en espectros
magnéticos que nos permitan la diagramación de los tipos de ondas en situaciones
problemáticas propuestas, demostrando puntualidad en la entrega de trabajos y
actividades encomendadas a su cargo.
Organizador Gráfico de la Unidad Didáctica V:
Ondas Electromagnéticas
Ondas Electromagnéticas y velocidad de la luz.
Medios de transmisión
Ejercicios Básicos
Aplicación de teorías
electromagnéticas
Medios de transmisión guiados
Medios de transmisión NO guiados
Contaminación electromagnética
Ing. Diego Lliguichuzhca
74
5.1 Ondas electromagnéticas y la velocidad de la luz
Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen,
entre otras la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. En relación a la
naturaleza de la luz, queda claro que esta se comporta como una onda
electromagnética. Todas estas se propagan en el vacío a una velocidad constante
muy alta (300000 Km/s).
Las Ondas electromagnéticas se propagan mediante oscilación de campos eléctricos y
magnéticos. Un campo eléctrico variable engendra un campo magnético variable y este
a su vez uno eléctrico, de esta forma las ondas electromagnéticas se propagan en el
vacío sin soporte material.
Electricidad y Magnetismo
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño Guía de estudios
75
5.2 Medios de Transmisión
Los medios de transmisión son las vías por las cuales se comunican los datos.
Dependiendo de la forma de conducir la señal a través del medio o soporte físico, se
pueden clasificar en dos grupos:
• Medios de transmisión Guiados
• Medios de transmisión No Guiados
5.2.1 Medios de transmisión guiados
Dentro de los medios guiados, los más utilizados en el campo de las
telecomunicaciones y la interconexión de computadores son tres:
- Cable de par trenzado
- Cable Coaxial
- Fibra óptica
5.2.2 Medios de transmisión no guiados
Los medios no guiados o comunicación sin cable transportan ondas electromagnéticas
sin usar un conductor físico, sino que se radian a través del aire. Según el rango de
frecuencias de trabajo, las transmisiones no guiadas se pueden clasificar en tres tipos:
- Ondas de Radio
- Microondas
- Infrarrojo
Ing. Diego Lliguichuzhca
76
5.3 Contaminación electromagnética
La contaminación electromagnética es causada por la exposición excesiva de las
personas a emisiones electromagnéticas generadas por antenas de telefonía, lineas de
alta tensión, transformadores y otras radiaciones cuyo origen es el propio ser humano.
Estas radiaciones se clasifican en dos tipos:
• Radiaciones ionizantes o radioactivas
• Radiaciones NO ionizantes
5.3.1 Radiaciones ionizantes
Pueden ser en forma de alta energía: rayos X, rayos gamma o en forma de partículas:
Radiación alfa, beta, neutrones.
5.3.2 Radiaciones no ionizantes
En un rango de frecuencias más bajas que las anteriores, incluye la luz visible, rayos
infrarrojos o las radiofrecuencias, y producen efectos térmicos.
Realizar investigación sobre los medios de comunicación en las telecomunicaciones y su forma de transmisión. Realizar un informe detallado. La tarea estará subida en la plataforma AMAUTA.
Electricidad y Magnetismo
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77
Actividad de aprendizaje 1 de la Unidad didáctica V:
• Realizar 1 conexión guiada y 1 no guiada, realizar un video en el que se pueda
evidenciar su presencia (salir en el video como protagonista), y enviarlo por
correo o Whpp.
Actividad de Auto-evaluación de la unidad didáctica V:
Realizar un informe detallado de las conexiones realizados.
En esta etapa de estudio debemos prepararnos para la evaluación del segundo
parcial. Repasen los ejercicios realizados y la teoría revisada.
Se realizará foros constantemente sobre cada tema mediante la plataforma
AMAUTA, para reforzar los conocimientos que deben ser adquiridos.