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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Departamento Académico de Ciencias Básicas,

Humanidades y Cursos Complementarios

S I L A B O

FÍSICA III

(MB –226)

2009–I

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Departamento Académico de Ciencias Básicas, Humanidades y Cursos Complementarios

S I L A B O I. INFORMACION GENERAL

1. Nombre del curso : FISICA III

2. Código del curso : MB – 226 3. Especialidad : M3/M4/M5/M6 4. Pre - requisito : MB- 224 5. Créditos : 05 (Cinco) 6. Carácter : Obligatorio 7. Régimen : Semestral 8. Duración : 17 semanas 9. Extensión horaria : Teoría: 04 horas/semana Prácticas dirigidas: 03 horas/quincena Prácticas de laboratorio: 03 horas/quincena 10. Periodo académico : 2009–I 11. Profesores del Curso : Ing. Caballero Torres, Eduardo Dr. Venegas Romero, José Ing. Chávez Vivar, Javier Ing. Osorio, Daniel Ing. Pachas Salhuana, José II. SUMILLA

1. Ley de Coulomb, 2. Campo eléctrico y ley de gauss, 3. Potencial eléctrico y energía electrostática, 4. Condensadores y dieléctricos, 5. Corriente eléctrica, 6. Campo magnético, 7. Corriente alterna.

III. OBJETIVOS Al finalizar el curso los alumnos, aplicando los principios y leyes de la Electricidad y el Magnetismo, y mediante la guía de experiencias de laboratorio: 1. Explicarán los fenómenos físicos relacionados con la Electricidad y el Magnetismo;

estableciendo adecuadamente el comportamiento de los cuerpos sujetos a interacciones electromagnéticas.

2. Resolverán problemas prácticos en estos tópicos, calculando adecuadamente las magnitudes físicas respectivas e interpretando sus resultados.

IV. PROGRAMA ANALITICO

SEMANA N° 01 CAPITULO I: INTRODUCCION Y LEY DE COULOMB

1.1 Breve reseña histórica sobre la electricidad. Interacción eléctrica. Carga eléctrica. Propiedades: Conservación, cuantización. Formas de electrización: Frotación e inducción. El electroscopio.

1.2 Concepto de tierra. Conductores y aisladores. 1.3 Ley de Coulomb. Unidades en el Sistema Internacional (S.I.). Alcance. Balanza de

torsión de Cavendish. 1.4 Principio de superposición. Ley de Coulomb para distribuciones “continuas” de carga.

Problemas.

SEMANA N° 02 CAPITULO II: CAMPO ELECTRICO Y LEY DE GAUSS 2.1 Concepto de campo eléctrico. Intensidad del campo eléctrico. Unidades en el SI.

Principio de superposición. Intensidad del campo eléctrico de una distribución discreta

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y continua de cargas. Aplicaciones: Cálculo de la intensidad del campo eléctrico para un alambre rectilineo, anillo, disco, lámina plana infinita, cilindro.

2.2 Líneas de fuerza. Características. Densidad del número de líneas de fuerza. 2.3 Dipolo eléctrico. Momento dipolar eléctrico. Torque sobre un dipolo. Energía de un

dipolo eléctrico.

SEMANA N° 03 2.4 Angulo sólido. Propiedades. 2.5 Flujo del campo eléctrico. Propiedades. 2.6 Ley de Gauss. Aplicaciones: Cálculo de la intensidad del campo eléctrico de un

alambre infinito, lámina no conductora infinita, cascarón esférico, esfera, cilindro. Modelos nucleares de Thompson y Rutherford.

SEMANA N° 04 CAPITULO III: POTENCIAL ELECTRICO Y ENERGIA ELECTROSTATICA 4.1 Potencial eléctrico de una carga puntual fija. Unidades en el SI. Diferencia de

potenciales eléctricos. 4.2 Superficies equipotenciales. Curvas equipotenciales. Características de las curvas

equipotenciales. 4.3 Relación entre la intensidad del campo eléctrico y el potencial eléctrico. Integral de

línea. Gradiente del potencial eléctrico.

SEMANA N° 05 3.4 Principio de superposición del potencial eléctrico. Potencial eléctrico de una distribución

discreta y continua de cargas. Aplicaciones: Cálculo del potencial eléctrico de un alambre infinito, anillo, disco y esfera.

3.5 Energía potencial electrostática de una carga puntual, y de distribuciones discreta y “continua” de cargas.

3.6 Propiedades de los cuerpos conductores. 3.7 Aplicaciones de la electrostática: Xerografía, Impresora Laser, Impresora a chorro de

tinta, Separador electrostático de partículas.

SEMANA N° 06 CAPITULO IV: CONDENSADORES Y DIELECTRICOS 4.1 Condensador. Capacidad eléctrica. Unidades en el SI. Aplicaciones: Cálculo de la

capacidad eléctrica de un condensador plano, esférico y cilíndrico. 4.2 Asociación de condensadores: En serie y paralelo. 4.3 Energía y densidad de energía de un condensador. Fuerza entre armaduras de un

condensador con carga constante y con diferencia de potencial constante.

SEMANA N° 07 4.4 Dieléctricos. Tipos. 4.5 Capacidad eléctrica de condensadores con dieléctrico. 4.6 Polarización. Vector polarización 4.7 Ley de Gauss en dieléctricos. Vector desplazamiento. 4.8 Energía y densidad de energía de un condensador con dieléctrico.

SEMANA N° 08 EXAMEN PARCIAL SEMANA N° 09 CAPITULO V: CORRIENTE ELECTRICA 5.1 Concepto de corriente eléctrica. Intensidad de corriente eléctrica. Unidades en el S.I.

Tipos de corriente eléctrica. 5.2 Vector densidad de corriente eléctrica. Propiedades. Conservación de la carga

eléctrica. Primera regla de Kirchhoff. 5.3 Ley de Ohm microscópica. Conductividad. Resistividad. 5.4 Ley de Ohm macroscópica. Resistencia eléctrica. Variación de la resistividad con la

temperatura. 5.5 Fuerza electromotriz. Propiedades. Pilas. Baterias. Segunda regla de Kirchhoff.

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SEMANA N° 10 5.6 Asociación de resistencias en serie y paralelo. Transformación estrella-triángulo.

Puente de Wheatstone. 5.7 Potencia eléctrica. Ley de Joule. 5.8 Amperímetro. Voltímetro. Galvanómetro. 5.9 Redes eléctricas. Intercambio de energía en un circuito. Resolución de una red por el

método de las corrientes de malla. Seguridad eléctrica. 5.10 Circuitos R-C. Carga y descarga. Ejemplos de aplicación. Problemas.

SEMANA N° 11 CAPITULO VI: CAMPO MAGNETICO 6.1 Breve reseña histórica del magnetismo. Imanes. Tipos. 6.2 Campo magnético. Inducción magnética. Líneas de fuerza. Geomagnetismo. 6.3 Relación de Lorentz. Unidades en el S.I. Movimiento de una partícula cargada en un

campo magnético. Aplicaciones: Ciclotrón. Experimento de Thompson. Espectrómetro de masas. Efecto Hall.

6.4 Fuerza magnética sobre alambres con corriente. Balanza de corrientes.

SEMANA N° 12 6.5 Fuerza y torque magnéticos sobre una espira rectangular. Galvanómetro de

D’Arsonval. Motor eléctrico de corriente continua. 6.6 Dipolo magnético. Torque sobre un dipolo. Energía de un dipolo en un campo

magnético. 6.7 Ley de Biot-Savart. Propiedades de la inducción magnética. Ley de Ampere.

Aplicaciones: Cálculo de la inducción magnética alrededor de un alambre rectilíneo infinito, espira circular, solenoide, toroide con corriente.

6.8 Fuerza entre dos conductores paralelos. Experiencias de Oersted.

SEMANA N° 13 6.9 Flujo de la inducción magnética. Unidades en el S.I. Ley de la inducción

electromagnética de Faraday. Inducción por variación de la corriente primaria, por movimiento relativo del circuito primario y del circuito secundario. Generador de corriente alterna. Ejemplos de aplicación.

6.10 Ley de Lenz. Corrientes de Foucault. 6.11 Autoinducción. Autoinductancia. Unidades en el S.I. Cálculo de la autoinductancia de

un solenoide y un toroide.

SEMANA N° 14 6.12 Energía y densidad de energía magnética. 6.13 Asociación de inductores: en serie y paralelo. Circuitos R-L. Bobina de encendido. 6.14 Inducción mutua. Bobinas de inducción. Transformadores. Coeficiente de

acoplamiento. 6.15 Materiales magnéticos. Magnetización. Vector magnetización. Intensidad del campo

magnético. Problemas. Diamagnetismo. Teoria de Larmor. Paramagnetismo. Ferromagnetismo. Histéresis magnética. Imanes permanentes.

SEMANA N° 15 CAPITULO VII: CORRIENTE ALTERNA 7.1 Generación. Circuitos: resistivo, capacitivo, inductivo. Valor medio y eficaz. Factor de

forma. Potencia instantánea. Potencia media. Potencia activa. Factor de potencia. 7.2 Representación fasorial de magnitudes alternas. Circuitos: resistivo, capacitivo,

inductivo. Impedancia. Admitancia. Conductancia. Susceptancia. Resonancia. 7.3 Potencia aparente, activa y reactiva. Factor de potencia. Corrección del factor de

potencia. 7.4 Resolución de circuitos mediante el método de las corrientes de malla. SEMANA N° 16 EXAMEN FINAL SEMANA N° 17 EXAMEN DE SUBSANACION

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V. SISTEMA DE EVALUACION 1. El curso se evaluará de acuerdo al sistema “ F ” Examen parcial (E.P.) peso 1 Examen final (E.F.) peso 2 Promedio de prácticas (P.P.) peso 1

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..2..1..1..

FEPEPPCN

N.C. : Nota del curso.

2. Número de prácticas calificadas: 04 Se elimina una práctica calificada de menor nota.

3. Número de prácticas de laboratorio: 06

4. Temas de prácticas de laboratorio:

a) Instrumentación básica. b) Curvas equipotenciales. c) Curvas características voltaje-corriente. d) Fuerza electromotriz, resistencia interna y potencia máxima de una fuente de

corriente continua. e) Carga y descarga de un condensador en un circuito R-C. f) Corriente alterna.

No se elimina ninguna práctica de laboratorio.

2

...1..1..

LPPCPPP

P.P.C. : Promedio de prácticas calificadas. P.P.L. : Promedio de prácticas de laboratorio.

VI. BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA BASICA 1. Sears Zemonsky, Young, Freedman. “Física Universitaria”, Volumen 2, Onceava

edición. Addison, Wesley, Longman. 1999. 2. McKelvey, “Física para Ciencias e Ingenieria”, Tomo II, Editorial Harla S.A. de C.V.,

México, 1981. 3. Halliday D., Resnick R., “Física”, Volúmen II, 1993. 4. Tipler P., “Física”, Volumen II. 5. Asmat y Carazo, “Electricidad y Magnetismo”.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

6. Saveliev, “Física General”, Tomo II, Editorial Mir. 7. Frish y Timoreva, “Física General”, Tomo II, Editorial Mir. 8. Alonso M, Finn, “Física: Campos y Ondas”, Volúmen III. 9. Berkeley “Physics Course”, Volumen II, Editorial Reverte S.A. 10. Tarasov L., Tarasova A., “Preguntas y problemas de Física”, Editorial Mir, Moscú,

1984. 11. Corcoran, “Análisis de circuitos”. 12. Ediminister J., “Circuitos eléctricos”, Colección Schaum.

Abril 2009