Fundamentos Físicos I
Grados en:
Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación
Ingeniería en Telemática
Ingenería en Electrónica de Comunicaciones
Universidad de Alcalá 2011/2012
1º Curso – 1º Cuatrimestre
GUÍA DOCENTE
Nombre de la asignatura: Fundamentos Físicos I Código: 350002
Titulación en la que se imparte: Grados en:
Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación Ingeniería en Telemática
Ingeniería en Electrónica de Comunicaciones
Departamento y Área de Conocimiento: Física (todas las del departamento) Carácter: Básica
Créditos ECTS: 6
Curso y cuatrimestre: Curso Primero. Primer cuatrimestre Profesorado:
Horario de Tutoría:
Idioma en que se imparte: Español e inglés
1. PRESENTACIÓN
Es una asignatura de carácter básico que pretende sentar las bases científicas para el desarrollo de la formación y comprensión de la tecnología aplicada a las telecomunicaciones. Los contenidos que forman la asignatura, son una ampliación de los que forman parte en el bachillerato y contemplados con una perspectiva más formal tanto física como matemática. Se lleva a cabo un estudio detallado de los fenómenos eléctricos y magnéticos que sientan las bases para el estudio del campo electromagnético que se desarrolla en la asignatura de Fundamentos Físicos II; entre ambas se presentan las bases conceptuales para el seguimiento de diferentes materias tecnológicas que se imparten a lo largo de toda la titulación del grado.
La asignatura comienza con un tema de marcado carácter matemático en el que se analiza el concepto de campo y algunas operaciones asociadas como gradiente, flujo y circulación. A continuación se propone un segundo tema que versa sobre los teoremas generales de momento lineal, energía y momento angular aplicado a un sistema de partículas y que tiene una aplicabilidad general cualesquiera que sean los tipos de fuerza que actúen en y sobre ellos. El resto de la asignatura se puede estructurar en tres partes, la primera versa sobre el estudio del campo eléctrico tanto en el vacío como en medios conductores y dieléctricos desde una perspectiva estática, introduciendo diferentes herramientas, como el teorema de Gauss, para la aplicabilidad de conceptos al desarrollo de problemas y ejercicios. La segunda parte se inicia con una introducción muy general al tema de corriente eléctrica seguido del estudio del campo magnético en el vacío en condiciones
estacionarias donde, de modo análogo a lo desarrollado en el campo eléctrico, se dan algunas herramientas como la ley de Ampère para su aplicación a la resolución de diversos ejercicios y problemas. En la tercera y última parte se introducen los campos variables con el tiempo y se desarrollan las nuevos conceptos que aparecen como la aparición de campos eléctricos no conservativos, y que se describen por medios de las leyes de Faraday y de Lenz.
Prerrequisitos y Recomendaciones
Conocimientos de Física y Matemáticas correspondientes a Segundo curso de Bachillerato
2. COMPETENCIAS
Esta asignatura permitirá adquirir las siguientes competencias de carácter profesional, definidas en el Apartado 5 del Anexo de la Orden CIN/352/2009, y contribuye a adquirir las competencias genéricas definidas en el apartado 3 de dicho Anexo.
Competencias de Carácter Profesional:
1. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
Competencias Específicas:
1. Capacidad para entender la terminología usada en la asignatura, comprender la importancia de los análisis dimensionales y saber utilizar las unidades de medida que aparecen en el estudio de la asignatura y que serán de aplicación en otras materias que se desarrollan en cursos sucesivos.
2. Promover y desarrollar la capacidad de análisis y síntesis, fomentando la reflexión y el razonamiento críticos.
3. Adquirir formación científica básica, prestando especial atención a las hipótesis de partida contempladas en los modelos planteados para el desarrollo del tema concreto de estudio, simplificaciones y aproximaciones, ya que condicionan el alcance y los límites de validez de las teorías y modelos expuestos.
4. Desarrollar habilidades para la abstracción y modelización de los fenómenos que se presentan en el mundo real.
5. Saber aplicar las bases conceptuales para la resolución de problemas prácticos.
6. Comprender los conceptos de momento lineal, momento angular y energía aplicados al estudio de un sistema para poder predecir los procesos de intercambio entre los elementos del propio sistema así como los intercambios con el mundo exterior.
7. Manejar las herramientas y aplicar los conceptos de los campos estáticos, tanto en el ámbito del campo eléctrico como en el del campo magnético, para el desarrollo y aplicación a los problemas y ejercicios que puedan presentarse en dichos ámbitos
8. Adquirir fluidez en el uso e interpretación del lenguaje técnico y de la simbología adecuada correspondiente a las leyes básicas del electromagnetismo, sabiendo expresarlas en formulación integral y/o diferencial y dominando la técnica para pasar de una formulación a la otra.
9. Comprender la diferencia entre el aspecto estático de los campos y el aspecto dinámico de los mismos a través de los campos variables con el tiempo y asimilar las nuevas fenomenologías que aparecen.
3. CONTENIDOS
Contenidos teóricos:
Tema 1. Campos escalares y vectoriales. Sistemas de referencia y operaciones con vectores. Definición de campo escalar y vectorial. Representación gráfica de los campos escalares y vectoriales. Derivada de un vector respecto a un escalar. Gradiente de un escalar. El operador nabla. Campos conservativos.
Integrales. Flujo y circulación de un campo vectorial.
Tema 2. Teoremas de conservación. Leyes de Newton. Interacciones en un sistema de partículas. Momento lineal y su conservación. Energía y su conservación.
Momento angular y su conservación. Aplicaciones.
Tema 3. El campo electrostático. La ley de Coulomb. Intensidad de campo y potencial eléctricos. Cargas puntuales y distribuciones continuas de carga. Potencial electrostático. Concepto de rotacional de un campo vectorial: Diversos modos de caracterización de un campo conservativo. Ley de Gauss. Divergencia de un campo vectorial: teorema de la divergencia. Aplicaciones del teorema de Gauss para la determinación del campo eléctrico en distribuciones simétricas de carga. Medios conductores. Caracterización y propiedades. Campo en las proximidades de un conductor: efectos pantalla y punta. Condensadores.
Tema 4. Medios dieléctricos. El dipolo eléctrico: momento bipolar. Campo y potencial eléctrico creado por un dipolo. Interacción de un dipolo con un campo eléctrico. Dieléctricos: caracterización y propiedades. Polarización eléctrica. El vector
desplazamiento eléctrico: ley de Gauss en dieléctricos. Dieléctricos lineales. Energía electrostática asociada a una distribución de carga. Densidad de energía en el campo electrostático. Aplicaciones de la electrostática al ámbito de las ingenierías.
Tema 5. Electrocinética. Naturaleza de la corriente eléctrica. Corriente eléctrica en medios conductores. Intensidad y densidad de la corriente eléctrica.
Ecuación de continuidad: ley de nodos. La ley de Ohm. Energía de la corriente eléctrica: Ley de Joule. Aplicaciones a la carga y descarga de un condensador.
Tema 6. Magnetostática. El campo magnético en el vacío: fenomenología.
Inducción magnética. Fuerza de Lorentz. Fuerzas y momentos sobre corrientes eléctricas en presencia de campos magnéticos. Ley de Biot y Savart: aplicaciones.
El dipolo magnético. Ley circuital de Ampère: aplicaciones. Equilibrios de sistemas en presencia de campos magnéticos y/o campos eléctricos: Efecto Hall.
Tema 7. Campos variables con el tiempo. Simetrías en la naturaleza:
fenomenología. Flujo magnético. Ley de Faraday: formas diferencial e integral.
Campo eléctrico de inducción: fuerza electromotriz inducida. Corrientes de inducción: ley de Lenz. Coeficientes de inducción. Autoinducción. Extracorrientes de apertura y cierre: Energía magnética asociada a un sistema de circuitos. Densidad de energía magnética. Aplicaciones.
Bloques de contenido (se pueden especificar los
temas si se considera necesario) Total de horas Campos escalares y vectoriales (tema 1) • 8h
Teoremas de conservación (tema 2) • 9h El campo eléctrico (tema 3 y 4) • 18h
Electrocinética (tema 5) • 4h
Magnetostática (tema 6) • 10h
Campos variables con el tiempo (tema 7) • 7h
Contenidos prácticos:
Prácticas de laboratorio dedicadas al aprendizaje de la metodología y de las técnicas de medida empleadas en Física. Serán prácticas donde se pongan de manifiesto distintos aspectos relacionados con conocimientos teóricos desarrollados a lo largo de la asignatura.
El alumno realizará un total de 6 horas presenciales de laboratorio.
4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE. ACTIVIDADES FORMATIVAS
Clases magistrales a grupos completos: clases de teoría y problemas.
Clases de teoría. Clases en las que el profesor expondrá los contenidos fundamentales de cada tema.
Clases de problemas en grupos reducidos. Clases dedicadas a identificar los diferentes elementos conceptuales que subyacen en un problema poniendo de manifiesto la interrelación con los conceptos teóricos expuestos. Asimismo se hará hincapié en la metodología a seguir para el correcto razonamiento de los fenómenos implicados, aprendiendo a diferenciar entre lo esencial y lo accesorio, planificando su análisis y resolución e interpretando los resultados obtenidos.
Clases de laboratorio. Clases a realizar en el laboratorio en grupos reducidos. Con ellas se complementarán los conocimientos adquiridos en las clases de teoría y el alumno adquirirá destrezas manuales básicas para manipular diferentes equipos y sistemas de laboratorio, aprendiendo a tratar datos experimentales, comprobar leyes físicas y obtener magnitudes relevantes. El alumno realizará la experiencia con un guión proporcionado con anterioridad y bajo la supervisión y ayuda del profesor. Asimismo, elaborará una memoria con los resultados que se deriven de la experiencia realizada.
Tutorías individuales y/o grupales. En ellas el profesor resolverá / aconsejará sobre las cuestiones que surjan a lo largo del curso; indicará sobre la bibliografía y metodología más adecuada para resolver las cuestiones planteadas.
4.1. Distribución de créditos (especificar en horas)
Número de horas presenciales:
58h (incluye 56h de clases de teoría, de problemas y laboratorios, y 2h de pruebas escritas)
Número de horas del trabajo propio del estudiante:
92h (incluye horas de estudio,
elaboración de actividades, realización de actividades online y preparación de exámenes)
Total horas 150 h
4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos
Clases magistrales de teoría Clases con uso de pizarra, transparencias, presentaciones,
recursos en red: applets
Clases de problemas y seminarios
Realización de problemas y análisis de cuestiones, con el propósito de afianzar los conocimientos teóricos y ser
capaces de relacionar aspectos diversos vertidos a lo largo del curso, con la orientación y ayuda del profesor
Prácticas de laboratorio
Realización de experiencias de laboratorio siguiendo un guión y con los apoyos puntuales necesarios por parte de los profesores
Tareas diversas on-line y tutorías
Realización de diversas tareas, como cuestionarios de autoevaluación,
participación en foros, haciendo uso de la plataforma WebCT del aula virtual de la UAH
5. EVALUACIÓN:
Procedimientos, criterios de evaluación y de calificaciónExisten dos modos de evaluación: continua y final. Por defecto, se considerará que el alumno matriculado va a seguir el método de evaluación continua. No obstante el alumno tiene la posibilidad de optar por la opción de evaluación final mediante el procedimiento descrito más adelante.
En todas las circunstancias la calificación mínima necesaria para aprobar la asignatura será de 5 puntos sobre un máximo de 10.
Evaluación Continua:
La evaluación continua consta de tres partes:
i) Durante el curso se realizarán varias (normalmente 3) pruebas escritas. Eventualmente, pueden pedirse ejercicios a entregar como complemento a estas pruebas.
ii) Realización de prácticas de laboratorio. El alumno elaborará una memoria con los resultados que se deriven de la experiencia realizada.
iii) Un examen final en la fecha establecida.
En el caso de que el alumno apruebe todos los parciales y todas las prácticas de laboratorio, no será necesario que se presente al examen final. En este caso, las partes i) y ii) descritas anteriormente supondrán entre el 85-90% y el 15-10% de la calificación respectivamente. Si el alumno desea mejorar su calificación, puede presentarse al examen final, en cuyo caso se seguirá el criterio explicado en el párrafo siguiente.
Si el alumno no ha aprobado todos los parciales y prácticas de laboratorio, o bien pretende mejorar su calificación, será necesario presentarse al examen final. En este caso, las actividades descritas anteriormente en el punto i) suponen el 45-50%
de la calificación final, las prácticas de laboratorio el 15-10%, y el examen final el 40% restante.
Evaluación Final:
En este caso el alumno debe presentarse al examen final. Tal examen, que podrá eventualmente incluir una parte de laboratorio para aquellos alumnos que no lo hayan superado, supondrá el 100% de la nota final.
Para optar a la evaluación final (en lugar de la continua que es la opción por defecto) el alumno deberá seguir las instrucciones que constan en la normativa de la UAH sobre evaluación.
En el caso de que un alumno que opte por Evaluación Final no se presente al examen final, no agota la convocatoria ordinaria.
Convocatoria Extraordinaria:
En la convocatoria extraordinaria se considerará que el alumno, con independencia de la opción de evaluación que hubiera elegido previamente, agota convocatoria al presentarse al examen.
6. BIBLIOGRAFÍA
Bibliografía Básica
J. M. De Juana, Física General, Vols I y II, Ed. Pearson Prentice Hall, 2ª edición (2007)
M. Alonso, E. J. Finn, Física, Ed. Addison Wesley Iberoamericana (1995) W. H. Hayt, J. A. Buck, Teoría electromagnética, McGrawHill, 6ª edición (2006)
Sears, Zemansky, Young, Fredman, Física Universitaria. Vols I y II, Ed. Pearson.
Addison Wesley, 11ª edición (2004)
R. A. Serway, J. W. Jewett, Física, Ed. Thomson, 3ª edición (2003) P. A Tipler, Física, Ed Reverté,
P.A. Tipler / Mosca, Física, ( Vol 1a), (5ª edición).ED. Reverté R. K. Wangsness, Campos electromagnéticos, Ed. Limusa (1996)
Álvarez-Ude, González, Raposo, Fundamentos de física (campos y ondas):
Ejercicios y problemas resueltos, ED. AUDE (2005)
Jearl Wlaker, Halliday - Resnick, Fundamentals of Physics, Ed. Wiley, 8ª edición (2008)
Bibliografía Complementaria (optativo)
Feymann, Física, Vol II, Ed. Adisson Wesley Iberoamericana
Berkeley Physics Course, Vol 2 Electricidad y magnetismo, Ed. Reverté
J. D. Kraus, D. A. Fleisch, Electromagnetismo con aplicaciones, Ed. McGrawHill, 5ª edición (2000)
