MB 226 1RA.ppt

Ing. Eduardo Caballero Torres 1


Nombre del Curso: Física III

Código del Curso: MB 226

Especialidad: M3 - M4 - M5 - M6

Ciclo: TERCERO

Pre-requisito: MB- 224

Número de Créditos: 05

Régimen: Semestral

Duración: 17 semanas

Extensión Horaria: Teoría: 4 horas por semanaPrácticas Dirigidas: 3 horas por quincenaPrácticas de Laboratorio: 3 horas por quincena

Periodo Académico: 2011– II

Profesores del curso: Ing. Caballero Torres, Eduardo Dr. Venegas Romero, José Ing. Pachas Salhuana, José


OBJETIVOS GENERALES

Al finalizar el curso, y utilizando los principios y leyes de la la Electricidad y el Magnetismo , así como el manual de laboratorio de Física, los alumnos podrán:

a. Explicar los fenómenos físicos relacionados con la Electricidad y el Magnetismo; estableciendo adecuadamente el comportamiento de los cuerpos sujetos a interacciones electromagnéticas.

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


SUMILLA

1. Introducción – 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 .


SISTEMA DE EVALUACIóN

La nota promocional o promedio del curso (PC) se obtendrá del siguiente modo:

10,04

2.EF1.EP1.PPPC

TIPO DE EVALUACION (según el Sistema F) PESO

a)

Promedio de prácticas calificadas y de laboratorio (PP) 1

b)

EXAMEN PARCIAL (EP) 1

c) EXAMEN FINAL (EF) 2


Número de prácticas calificadas en el semestre: Cuatro (04). El promedio de las prácticas calificadas se obtiene del promedio aritmético –truncado a un decimal– de las 3 mejores notas.

Número de prácticas de laboratorio: Seis (06).

Temas de las 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


Las prácticas de laboratorio son obligatorias. En el caso que un alumno no pueda realizar una de estas prácticas en su horario normal, la recuperación de la misma será de su entera responsabilidad, debiendo presentar su informe en forma individual, y además deberá contar con la autorización de su profesor de práctica.

Estas prácticas se evaluarán del siguiente modo:

* Test (antes de realizar la experiencia) 05 puntos

* Informe 10 puntos

* Sustentación del informe 05 puntos

TOTAL: 20 puntos

Ninguna práctica de laboratorio se eliminará.

El promedio de prácticas se determinará del siguiente modo:

donde: PPC: Promedio de prácticas calificadas.

PPL: Promedio de prácticas de laboratorio.

2

1.PPL1.PPCPP


BIBLIOGRAFíA BÁSICA

[1] Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria - Volumen II, onceava edición. Addison Wesley Longman de México S.A. de C.V., México. 1998.

[2] Raymond A. Serway. Física, Tomo II, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana de México S.A. de C.V. México.

Lima, abril del 2009


REFLEXIONES INICIALES

Alicia: ¿qué camino debo tomar ?

Gato: Eso depende del lugar hacia donde

vayas

Alicia: ¡no sé para dónde voy!

Gato: Entonces, ¡No importa cuál camino

debas tomar!

Lewis Carroll 1872

A través del espejo


““EL ÉXITO O EL FRACASO EN CUALQUIER EL ÉXITO O EL FRACASO EN CUALQUIER EMPRESA SE CAUSA POR LA ACTITUD MENTAL, EMPRESA SE CAUSA POR LA ACTITUD MENTAL,

MAS AUN QUE POR LAS CAPACIDADES MAS AUN QUE POR LAS CAPACIDADES MENTALES”MENTALES”

WALTER DILL SCOTTWALTER DILL SCOTT

LO MÁS MARAVILLOSO EN EL MUNDO NO ES LO MÁS MARAVILLOSO EN EL MUNDO NO ES TANTO EL LUGAR QUE HAS ALCANZADO SINO LA TANTO EL LUGAR QUE HAS ALCANZADO SINO LA

DIRECCIÓN EN QUE TE ESTÁS MOVIENDO.DIRECCIÓN EN QUE TE ESTÁS MOVIENDO.

GOETHE.GOETHE.


PERCEPCION : INTERPRETACION QUE HACEMOS DE LA REALIDAD A PARTIR DE

NUESTRO SISTEMA SENSORIAL Y ESQUEMAS MENTALES.


“ Sin cambiar nuestros patrones de razonamiento no podremos resolver los problemas que hemos creado con nuestros patrones de razonamiento actual “

Albert Einstein


COMPETENCIAS: Componentes

Hacer(competencia)

PODER HACERMedios y recursos SABER

ConocimientosQUERER HACERMotivación

SABER ESTARActitudes intereses

SABER HACERHabilidades destrezas


ADIVINANZAADIVINANZA

Soy tu compañero constante.

Tu más grande ayuda.

Te impulsaré hacia las alturas

o te arrastraré hacia el fracaso.

Muéstrame cómo quieres que haga las cosas,

y tras unas cuantas lecciones las haré automáticamente.

Soy el sirviente de todos los grandes personajes, y

También de todos los perdedores.


A quienes son grandes, yo los hice;

a los otros, los conduje al fracaso.

Puedes hacerme funcionar para obtener grandes ganancias

O para quedar en la ruina, para mí no hay diferencia

Tómame, entréname, sé firme conmigo,

y pondré el mundo a tus pies.

Sé indulgente conmigo, y te destruiré.

¿ Quién soy ?


??

“ “ El Hábito “El Hábito “


FÍSICA

• Una de las ciencias más fundamentales, base de toda la ingeniería

•Una forma de ver el universo y entender cómo funciona y cómo se relacionan entre sí sus partes.

•Aventura fascinante, apela al sentido de la belleza y a nuestra inteligencia.

SU PROFESOR : quiere que aprenda FÍSICA y disfrute haciéndolo, está muy interesado en ayudarle a aprender. SI LO ESCUCHO ME OLVIDO, SI LO VEO ME ACUERDO , SI LO HAGO LO SÉ.


¿Por qué son atraidos los trocitos de papel? ¿Por qué se separan

las laminas de metal?

¿Por qué y como se enciende?

ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA


INTRODUCCIÓN – LEY DE COULOMB

Electromagnetismo : rama de la Física que estudia las interacciones eléctricas y magnéticas. La interacción eléctrica es fundamental para explicar la naturaleza de las uniones químicas y de la estructura de la materia. Estas interacciones implican partículas con una propiedad llamada carga eléctrica , un atributo de la materia que es tan fundamental como la masa.

Las interacciones electrostáticas, esto es las interacciones de cargas eléctricas que están en reposo en nuestro marco de referencia, son sumamente importantes: mantienen unidos a los átomos, a las moléculas y a nuestros cuerpos, y tienen numerosos aplicaciones tecnológicas.Estas interacciones están regidas por la ley de Coulomb y se describen usando el concepto de campo eléctrico. La electrostática estudia las cargas eléctricas, las fuerzas que se ejercen enre ellas y su comportamiento en los materiales.

En esta era tecnológica de punta es importante como podemos manipular los fundamentos del electromagnetismo a fin de proporcionar a la gente un bienestar inimaginable hasta hace poco tiempo.


Casi todos conocemos los efectos eléctricos producidos por fricción en muchas situaciones ordinarias. Por ejemplo frote un peine de plástico con un paño de lana y acérquelo a un trozo pequeño de papel, éste es atraído. Este fenómeno se debe a un desequilibrio entre las cargas eléctricas de los cuerpos que intervienen.

Uno de los primeros en estudiar ese fenómeno fue el filósofo griego Tales de Mileto, alrededor del año 600 a.C. Notó que si se frotaba con lana una varilla de ámbar (elektron), ésta podía atraer cuerpos pequeños y ligeros (pluma, pajita). Posteriormente esta propiedad pudo observarse en el vidrio y en la ebonita.Tema de lectura: Los primeros descubrimientos en el campo de la electricidad – Aspectos históricos. Física General,

3ra. Edición Alvarenga.


CARGA ELECTRICA

Si se frota una varilla de ebonita con lana se observa que ella atrae una esferita de la misma lana suspendida de un hilo de seda, pero al tocarla la repele. Si se le acerca una varilla de vidrio previamente frotada con lana la bolita es atraída.


(a) Al frotar la ebonita y la lana se cargan, igual ocurre cuando se frota la lana con el vidrio. –-(b) Proceso de carga por contacto

Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen.

Las fuerzas eléctricas provienen de las partículas que componen los átomos. En el sencillo modelo atómico propuesto a principio del siglo XX por Rutherford y Bohr, el átomo consiste en un núcleo con carga positiva rodeado de electrones. Los protones del núcleo atraen a los electrones, pero éstos se repelen unos a otros. Este comportamiento de atracción y repulsión se atribuye a una propiedad llamada carga eléctrica.


La carga eléctrica, como la masa es una de las propiedades fundamentales de las partículas de que está hecha la materia, Las interacciones responsables de la estructura y de las propiedades de átomos y moléculas son principalmente interacciones eléctricas entre partículas cargadas eléctricamente. Por convención decimos que los electrones tienen carga negativa y que los protones tienen carga positiva. Los neutrones no tienen carga, y las partículas con carga no los atraen ni los repelen. Todos los electrones tienen la misma masa y la misma cantidad de carga negativa ( 9,1x10-31 kg ; -1,6x10-19 C ). Normalmente los átomos tienen el mismo número de electrones que de protones, de modo que la carga neta es cero. Dos cargas positivas o dos cargas negativas se repelen entre sí. Una carga positiva y una carga negativa se atraen una a la otra. El número de protones o de electrones en un átomo neutro de un elemento se llama numero atómico del elemento. Si se eliminan uno o más electrones, la estructura quqe queda positivamente cargada se llama ion positivo. Un ion negativo es un átomo que ha ganado uno o más electrones. Esta ganancia o pérdida de electrones se llama ionización.

La carga de un cuerpo se refiere a su carga neta, la cual es una pequeña fracción de la carga total positiva o negativa del cuerpo.


Principio de conservación de la carga.- la suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante. En cualquier proceso de carga ésta no se crea ni se destruye, se transfiere de un cuerpo a otro. Se cree que este principio es una ley de conservación universal y no hay pruebas experimentales de violaciones a este principio.

Principio de cuantización de la carga,. La magnitud de la carga del electrón o del protón es una unidad natural de carga. Cada cantidad observable de carga eléctrica es siempre un múltiplo entero de esta unidad básica por eso se dice que la carga eléctrica está cuantizada q = n.e , ( e = 1,6x10 – 19 C ).

Carga invariable,. La carga de un electrón o de un protón o de cualquier otra partícula permanece igual sin importar la velocidad del movimiento.


FORMAS DE ELECTRIZACIÓNFORMAS DE ELECTRIZACIÓNElectrización por frotamiento

PLEXIGLASVIDRIOMARFILLANA

MADERAPAPELSEDA

AZUFRE

---- --+++ +

+

PAPEL

AZUFRE+++++

-----

VIDRIO

SEDA

+++

+++

Electrización por Contacto

+ + + + ++ + + + +

+ ++ + + + +

+ + + + ++ + + + +

+ ++

+

Electrización por Inducción

-

+ + + + ++ + + + +

+ ++

+ + +++

++

---- -

+ + + + ++ + + + +

+ ++

+ + +++

++

---- -_

__

___

+ + + + ++ + + + +

+ ++

+ - ---

--

---- -


FORMAS DE ELECTRIZACION DE LOS CUERPOS

1.- Por rozamiento:

2.- Por contacto:

3.- Por inducción:

a) En el diagrama las esferas A y B son neutras y están en contacto de modo que juntas forman un conductor no cargado.

b) Ahora se aproxima una barra cargada negativamente a la esfera A. Los electrones del metal se ven rechazados por la barra, desplazándose a la barra B, dejando la esfera A cargada positivamente. Las cargas de las esferas se han redistribuido, decimos que se han inducido cargas en las esferas.

c) Las esferas A y B son separadas en presencia de la barra.

d) La barra se retira, quedando las esferas cargadas con cargas iguales y opuestas.


Carga de un conductor por inducción

ELECTROSCOPIO


ELECTROSCOPIOELECTROSCOPIO

Electroscopio sin carga

Electroscopio con carga (– )

Electroscopio con carga (+ )

– – –

– – –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

+ + +

+ + +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +


ELECTRIZACIÓN POR CONTACTOELECTRIZACIÓN POR CONTACTO

ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓNELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN

INTERACCIÓN ENTRE CARGASINTERACCIÓN ENTRE CARGAS


CONDUCTORES Y AISLANTES

Podemos clasificar los cuerpos en conductores (metales, aleaciones metálicas, soluciones acuosas de ácidos, bases y sales, etc.), a través de los cuales fluyen cargas eléctricas, y Aislantes (ámbar, vidrio, parafina, porcelana, etc.), en los cuales las cargas eléctricas no fluyen con facilidad.

La diferencia entre los materiales aislantes y conductores pueden explicarse suponiendo que un sólido buen conductor contiene un gran número de electrones libres es decir, de electrones externos débilmente ligados a los núcleos de los átomos, y que son libres de desplazarse por todo el material. En el caso de los aislantes, por el contrario, el número de electrones libres es sumamente pequeño, los electrones están fuertemente ligados a sus átomos, siendo difícil el movimiento de cargas en su interior.

TIERRA.- Es un conductor con infinitos electrones libres. Neutraliza a los cuerpos ( si es positivo le suministra electrones y si el cuerpo es negativo recibe electrones.


En un punto intermedio entre conductores y aislantes están los semiconductores como el silicio y el germanio. Una de sus propiedades que los hace tan útiles es que la densidad de electrones de conducción puede cambiarse pronunciadamente mediante cambios pequeños en las condiciones del material, introduciendo por ejemplo pequeñas cantidades de impurezas o variando el voltaje aplicado, la temperatura o la intensidad de la luz que incide sobre el material

A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. A partir de 1987 se ha encontrado el fenómeno de superconductividad a “ altas “ temperaturas ( arriba de 100 K) en diversos componentes no metálicos.


LEY DE COULOMB


Fibra o torsión

Bolas cargadas

Escala

fdf

+

+

1sobreF2

2sobreF1

1q

2q

r–

+

1sobreF2

2sobreF1

1q

2q

r


Toda la ELECTROSTÁTICA está basada en los experimentos sobre las fuerzas que se ejercen entre partículas cargadas en reposo, realizados por CHARLES COULOMB, utilizando en sus experimentos una balanza de torsión de su propia invención.

Como resultado de sus experimentos Coulomb llegó a la siguiente conclusión:

1.- La fuerza entre dos partículas cargadas está dirigida a lo largo de la línea que las une.

2.- La fuerza que se ejerce entre dos cargas puntuales es atractiva si las cargas son de signos opuestos y repulsivas si las cargas tienen el mismo signo.

3.- La fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa.

1212

r221

12

221

2112

r

QQk

r

QQkFF

FF

eF


En donde k es una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades utilizados. Si utilizamos el sistema internacional, entonces:

1

k = = 9x109 N m2 / C2,

40

Siendo: 0 = 8,85x10-12 C2 / N m2

0 = Permitividad eléctrica del vacío, que caracteriza el

medio en donde están ubicadas las cargas.


Principio de Superposición

N11312 F...FFF ++

-+

+

EJEMPLO:

– –+


+ – –1 C+ 3C

+

+

+

+

+

+

+

+

–

–

–

–

–

–

–

–


+r

Q

r20 r

Q

4

1E

E (N/C)

r (m)

Campo para una carga puntual:

Campo para una esfera conductora:E (N/C)

r (m)+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

+R+

++

Q r < R E = 0

( r R)

r20 r

Q

4

1E

R


Campo para una carga lineal (línea cargada)

+ + + + + + + + + + + + +

= Q / L

Campo para una placa conductora:

0

E

r (m)

E (N/C)+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +


Campo para una placa dieléctrica:

r (m)

E (N/C)

02E

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Principio de superposición:

n21p E......EEE

–+

+Q

1

Q

2

Q3

p

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