CB0239 Fisica 2

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ESCUELA DE CIENCIAS Y HUMANIDADES 
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS 
PROGRAMA ACADÉMICO 
SEGUNDO SEMESTRE 
 
ASIGNATURA: FÍSICA II 
CÓDIGO: CB0239 
VIGENCIA DESDE: 2008 
INTENSIDAD HORARIA: 5 HORAS SEMANALES 
MODALIDAD: TEÓRICO-PRÁCTICA 
CARACTERÍSTICA: 3 HORAS TEORÍA, 2 HORAS LABORATORIO 
PRE-REQUISITOS: FÍSICA I 
CO-REQUISITOS: CÁLCULO II 
CRÉDITOS: 3 
FECHA ACTUALIZACIÓN: ENERO DE 2008 
 
1. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO 
 
Una gran cantidad de los fenómenos asociados a la electricidad y el magnetismo se manifiestan en 
forma de aplicaciones de diversa índole y utilidad en las diferentes áreas de la ingeniería y la 
geología. Adicionalmente el desarrollo tecnológico actual está dominado por dispositivos, 
sistemas, procesos y otros elementos, soportados en los fundamentos de la física moderna, la 
misma que en su momento implicó un cambio radical en la manera en que el hombre interpretaba 
los fenómenos microscópicos. Estos tres elementos: electricidad, magnetismo y física moderna, 
constituyen el objeto de estudio del presente curso. 
 
Este enfoque particular dado en la serie de cursos de Física, propone en el primero de ellos una 
estructura fundamentada en la mecánica y las ondas. El segundo curso del ciclo, aprovecha la 
noción de campo gravitacional presentada desde la mecánica, para iniciar con el estudio del 
campo eléctrico, en donde se pone de manifiesto la analogía entre estos dos entes, dejando así la 
sensación de continuidad en la temática de ambos cursos. La construcción de conocimiento en las 
dos primeras unidades de este curso tiene como elemento común la discusión desde lo 
constitutivo hasta lo sistémico; es decir, el concepto de electricidad se construye desde la noción 
de carga, pasando por la idea de potencial eléctrico, hasta la teoría de circuitos y capacitores. Así 
también el magnetismo se desarrolla desde el entendimiento del fenómeno magnético como tal, 
pasando por las fuentes y la dinámica del movimiento de partículas cargadas, hasta los circuitos de 
corriente alterna y los dispositivos como las bobinas. Seguidamente se formaliza la estrecha 
relación que hay entre la electricidad y el magnetismo, a través de las ecuaciones de Maxwell, 
presentadas de manera tal que hay un mayor énfasis en los aspectos fenomenológicos, que en la 
estructura matemática detrás de éstas. Esta presentación unificada del electromagnetismo 
conduce de una manera natural y concluyente a la presentación de las ondas electromagnéticas 
como un fenómeno de propagación de energías eléctrica y magnética combinadas, pero 
perfectamente distinguibles, en donde además se reconocen las propiedades particulares de toda 
onda. El curso finaliza con algunos aspectos introductorios de la física moderna, de gran relevancia 
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en el momento tecnológico actual (micro y nanotecnología), el cual evidencia en un profesional de 
la ingeniería y la geología la necesidad de tener una noción básica de la estructura microscópica de 
la materia y los modelos que la explican. 
 
Con este curso se finaliza el ciclo de formación básica en ciencias físicas propuesto para los 
programas de ingeniería y geología, de manera que cualquier fundamentación más elaborada en 
el campo particular de estudio que se deba abordar en un futuro, pueda solventarse desde los 
principios con las temáticas ofrecidas aquí. 
 
2. CONTENIDOS DEL CURSO 
 
OBJETIVOS DEL CURSO: 
 Estudiar y comprender los fundamentos teóricos y las aplicaciones de la electricidad, el 
magnetismo y las ondas electromagnéticas. 
 Conocer algunos aspectos introductorios de la física moderna y su impacto en la tecnología. 
 Desarrollar habilidades de análisis y solución de situaciones problema, relacionadas con la 
teoría de la electricidad, el magnetismo y las ondas electromagnéticas. 
 
UNIDAD 1: CAMPO ELÉCTRICO Y POTENCIAL TOTAL HORAS: 20 
 
OBJETIVOS: 
1. Construir la noción de carga eléctrica como elemento constitutivo de un ente más complejo, 
como lo es el campo eléctrico. 
2. Determinar la energía potencial y el potencial eléctrico de diferentes distribuciones de carga. 
3. Aplicar los conceptos de carga, campo y potencial eléctrico en dispositivos tales como: 
capacitares, resistencias, fuentes de voltaje y demás equipos medidores de variables eléctricas. 
4. Analizar algunas configuraciones de circuitos eléctricos a la luz de la conservación de la energía 
y la carga. 
5. Discutir algunas aplicaciones tecnológicas fundamentadas en los fenómenos eléctricos. 
 
CONTENIDO 
1. Carga eléctrica. 
2. Ley de Coulomb, campo eléctrico y fuerzas eléctricas para cargas puntuales. 
3. Flujo de campo eléctrico y ley de Gauss. 
4. Calculo del campo eléctrico producido por distribuciones continuas de cargas. 
5. Energía potencial eléctrica y potencial eléctrica para cargas puntuales. 
6. Capacitancia y dieléctricos. Capacitores en serie y en paralelo. Energía de un capacitor 
7. Corriente, resistencia y resistividad. 
8. Circuitos de corriente continua. Resistencias en serie y en paralelo 
9. Aplicaciones de capacitores en sensores y almacenamiento de energía. 
Actividades de laboratorio 
 Campo Eléctrico, Capacitores y Capacitancia, Leyes de Kirchhoff. 
 La electrostática aplicada. 
 
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UNIDAD 2: CAMPOS MAGNÉTICOS TOTAL HORAS: 20 
 
OBJETIVOS: 
1. Estudiar el fenómeno magnético y conocer su relación con el aspecto material. 
2. Entender el campo de fuerzas que puede experimentar una partícula cargada en presencia de 
un campo eléctrico o un campo magnético y en consecuencia su movimiento. 
3. Conocer el fenómeno de inducción y abordar algunas situaciones de aplicación del mismo. 
4. Interpretar y resolver circuitos eléctricos sencillos de corriente alterna. 
5. Estudiar algunas aplicaciones del magnetismo y el fenómeno de inducción en ingeniería y 
geología. 
 
CONTENIDO 
1. Campo magnético y sus fuentes. 
2. Fuerza magnética. 
3. Líneas de campo y flujo magnético. 
4. Movimiento de partículas cargadas en campos. 
5. Fuerza magnética sobre un conductor que transporta corriente. 
6. Campo magnético de una carga en movimiento y de un elemento de corriente 
7. La ley de Ampere y sus aplicaciones. 
8. Inducción e inductancia. 
9. La Ley de Faraday y la ley de Lenz 
10. Fuerza electromotriz de movimiento. 
11. Inductancia mutua. Autoinductancia e inductores 
12. Energía de campo magnético 
13. Circuitos R-L y L-C 
14. El circuito L-R-C en serie 
15. Aplicaciones en ingeniería: Tubo de rayos catódicos (Figura 27.8), Transformadores y motores 
eléctricos. Se sugiere estudiar las aplicaciones de la fuerza de Lorentz ubicadas en las páginas 1033 
a 1035, y las aplicaciones de la ley de Ampere ejemplos 28.09, 28.10 y 28.11 
Actividades de laboratorio 
 Inducción. 
 Sistemas de levitación magnética. 
 Montar práctica L-R-C resonante 
 
UNIDAD 3: ECUACIONES DE MAXWELL Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS TOTAL HORAS: 20 
 
OBJETIVOS: 
1. Estudiar las ecuaciones que unifican la teoría de la electricidad y el magnetismo. 
2. Conocer el origen, la estructura y las propiedades de las ondas electromagnéticas. 
3. Plantear y resolver problemas relacionados con la cuantificación de la energía en una onda 
electromagnética. 
4. Entender la noción de espectro electromagnético y su alcance. 
5. Estudiar y reconocer los fenómenos de reflexión y refracción en las ondas electromagnéticas. 
6. Discutir algunas aplicaciones de las ondas electromagnéticas. (Instrumentos ópticos). 
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CONTENIDO 
1. Las Ecuaciones de Maxwell. 
2. Ondas electromagnéticas. 
3. Energía de las ondas electromagnéticas. 
4. El espectro electromagnético. 
5. Reflexión y refracción de la luz. 
6. Reflexión interna total 
7. Polarización y filtros polarizadores 
8. Aplicaciones de las ondas electromagnéticas en telecomunicaciones y en instrumentos ópticos 
Actividades de laboratorio 
 Interferencia, Difracción. 
 La tecnología de microondas. 
 
UNIDAD 4: FÍSICA MODERNA TOTAL HORAS: 20 
 
OBJETIVOS: 
1. Entender la estructurade la materia y sus elementos constitutivos más relevantes a la luz de la 
ingeniería y la geología. 
2. Estudiar la naturaleza de la materia como partícula y como onda, apoyados en el fenómeno de 
difracción de electrones. 
3. Conocer el modelo más aceptado en la actualidad para el átomo. 
4. Abordar el estudio del Microscopio Electrónico, como instrumento y como experimento que 
evidencia importantes fenómenos atómicos. 
 
CONTENIDO 
1. Fotones, electrones y átomos. 
2. Emisión y absorción de la luz. 
3. El efecto foto eléctrico. 
4. Espectros atómicos de líneas y niveles de energía. 
5. Dualidad onda - partícula. 
6. Ondas de De Broglie y Difracción de electrones. 
7. Probabilidad e incertidumbre 
8. Microscopio Electrónico. 
9. Funciones de onda y la ecuación de Schrödinger. 
Actividades de laboratorio 
 Análisis Espectral. 
 Espectroscopía y materiales, tecnología láser. 
 
3. EVALUACIÓN DEL CURSO 
El curso será evaluado a través de tres exámenes parciales y el trabajo por parte del estudiante. 
Por un lado, los exámenes tienen como objetivo evaluar en el estudiante tanto la capacidad para 
interpretar las situaciones problema propuestas (competencias interpretativas y analíticas); así 
como la elaboración, desarrollo y análisis de las soluciones (competencias conceptuales, 
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operativas y analíticas). Por otro lado, el trabajo por parte del estudiante permite evaluar en éste 
la capacidad para integrar los conocimientos adquiridos con la observación de los fenómenos 
(Habilidad para la integración de los conceptos y la experimentación) y para enfrentar el desarrollo 
de temas que no son tratados de manera explícita en las clases (competencia conceptual). 
 
A continuación se presenta la distribución porcentual de la evaluación del curso y las diferentes 
modalidades en las que esta se subdivide. 
 
Evaluación Valor % Valor discriminado Observación 
PARCIAL 1 20 % 
 
 
Hasta el 50% en 
problemas. 
El porcentaje restante en 
otras modalidades 
Semana 6 
Por otras modalidades se 
entiende: selección 
múltiple justificada, 
situación problema, 
preguntas de análisis, 
entre otras. 
PARCIAL 2 20 % 
 
 
Hasta el 50% en 
problemas. 
El porcentaje restante en 
otras modalidades 
 Semana 10 
Por otras modalidades se 
entiende: selección 
múltiple justificada, 
situación problema, 
preguntas de análisis, 
entre otras. 
Seguimiento 40% 
10% 
Quices (3) 
Los quices se realizan una 
semana antes de cada 
parcial. 
15% Informes de laboratorio 
15% Exposición 
PARCIAL 3 20% 
 
 
Hasta el 50% en 
problemas. 
El porcentaje restante en 
otras modalidades 
Semana 16 
Por otras modalidades se 
entiende: selección 
múltiple justificada, 
situación problema, 
preguntas de análisis, 
entre otras. 
 
 
 
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4. BIBLIOGRAFÍA DEL CURSO 
 
TEXTO GUÍA 
 Sears, F. W. Zemansky M, W. Young, H. R. Freedman, R. A Física Universitaria. Con física 
moderna. Volumen 2. Undécima edición. Pearson Educación, México, 2004. 
 
TEXTOS ADICIONALES Y DE CONSULTA 
 HALLIDAY. RESNICK. KRANE. Física. Cuarta edición. Volumen 2. Versión Ampliada. Editorial 
C.e.c.s.a. mexico 1994 
 ALONSO M. Y FINN E. Física Vol II. ADDISON – WESLEY IBEROAMERICANA. Editorial Educativa. 
U.S.A. 1987 
 SUSAN M. LEA – JPHON R. BURKE. 1999. Física. La Naturaleza de las cosas. Volumen II Editorial 
Internaciotional THOMSON. México y América central. 
 GETTYS E, KELLER F, SKOVE M. 1991. Física clásica y moderna. Editorial McGraw-Hil.l. España. 
 EISBERG R. LERNER L. 1981 Física, Fundamentos y Aplicaciones. Volumen II. McGraw - Hill. 
 MC KELVEY J.P. Y GROTCH H. 1981 Física para Ciencias e Ingenierias. Volumen II. Editorial 
HARLA. 
 JONES & CHILDERS. 2001. Física Contemporánea. Tercera Edición. McGraw-Hill. México. 
 ARONS B. ARNOLD. Evolución de los conceptos de la física. Editorial Trillas, México 1970. 
 ARONS B. ARNOLD. Teaching Intriductory Physics. Jhon wiley & Sons, Inc. U.S.A 1997. 
 Hetch, E. Fundamentos de Física Ed. 2ª. Thomson Learning 2001. 
 Serway, R. y J. Jewett. Física para ciencias e ingeniería. Ed. 6ª. Thomson 2005. 
 Gil, S. y E. Rodríguez. Física re-Creativa. Experimentos de Física usando nuevas tecnologías. 
Pearson Education 2001. 
 
5. SITIOS WEB SUGERIDOS 
 
 http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/nonio/nonio_ind
ice.htm 
 http://fc.uni.edu.pe/lfgeneral/pdf/fi-03-2da-ley-de-newton.pdf 
 http://www.cica.es/aliens/dfamnus/cursos/fmoderna/ 
 http://www.cica.es/aliens/dfamnus/cursos/fmoderna/leccion8.pdf 
 http://fem.um.es/Fislets/CD/II1Mecanica/II07Momento/intro.html 
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm 
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/regresion/regresion.htm 
 http://www.ejournal.unam.mx/revmexfis/revmexfis_index.html 
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/FisicaModerna.htm 
 http://www.acienciasgalilei.com/videos/video0.htm 
 
http://fc.uni.edu.pe/lfgeneral/pdf/fi-03-2da-ley-de-newton.pdf
http://www.cica.es/aliens/dfamnus/cursos/fmoderna/
http://www.cica.es/aliens/dfamnus/cursos/fmoderna/leccion8.pdf
http://fem.um.es/Fislets/CD/II1Mecanica/II07Momento/intro.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/regresion/regresion.htm
http://www.ejournal.unam.mx/revmexfis/revmexfis_index.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/FisicaModerna.htm
http://www.acienciasgalilei.com/videos/video0.htm