Licenciatura en Ingeniería Química Programa de Estudios de la Unidad de Aprendizaje de ELECTROMAGNETISMO Elabor ó: QFB Javier Desales Durán M. en C. Hermilo Goñi Cedeño Q. Sergio Cruz Martinez M. en C. Francisco Ramírez N Fecha : Agosto 2015 Fecha de aprobación H. Consejo Académico H. Consejo de Gobierno
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Licenciatura en Ingeniería Química
Programa de Estudios de la Unidad de Aprendizaje de
ELECTROMAGNETISMO
Elaboró:
QFB Javier Desales DuránM. en C. Hermilo Goñi CedeñoQ. Sergio Cruz MartinezM. en C. Francisco Ramírez N
Fecha: Agosto 2015
Fecha de aprobación
H. Consejo Académico H. Consejo de Gobierno
Índice
Pág.
I. Datos de identificación 3
II. Presentación 4
III. Ubicación de la unidad de aprendizaje en el mapa curricular 4
IV. Objetivos de la formación profesional 4
V. Objetivos de la unidad de aprendizaje 5
VI. Contenidos de la unidad de aprendizaje y su organización 6
VII. Sistema de Evaluación 10
VIII. Acervo bibliográfico 11
IX. Ubicación en el Mapa Curricular de la Licenciatura de 12
PROGRAMA DE ESTUDIOS
I. Datos de identificaciónEspacio educativo donde se imparte Facultad de QuímicaLicenciatura Ingeniería QuímicaUnidad de aprendizaje Electromagnetismo Clave
Carga académica 3 2 5 8Horas teóricas Horas prácticas Total de horas Créditos
Período escolar en que se ubica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Seriación MecánicaUA Antecedente UA Consecuente
Tipo de UA
Curso teórico x Curso tallerSeminario TallerLaboratorio x Práctica profesionalOtro tipo (especificar)
Modalidad educativaEscolarizada. Sistema rígido No escolarizada. Sistema virtualEscolarizada. Sistema flexible X No escolarizada. Sistema a distanciaNo escolarizada. Sistema abierto Mixta (especificar).
Formación académica comúnQuímica 2015 xQuímica Farmacéutica Biológica 2015 xQuímica en Alimentos 2015 x
En las áreas de ciencia y tecnología la formación científica es la base del conocimiento, aplicación y desarrollo de tecnologías, que a fin de cuentas es el objetivo de las carreras profesionales tecnológicas y de ciencias, en cualquiera de sus especialidades. Es decir, el profesionista debe ser capaz de conocer, adaptar, aplicar o desarrollar tecnología basado en teorías científicas y con el uso de herramientas de análisis matemático, computacional e informática.
La física, al estudiar la estructura y propiedades de la materia así como los fenómenos naturales, es punto de partida, junto con las matemáticas, de la formación tecnológica. Debido a lo anterior, el conocimiento de esta rama de la física le permitirá el conocimiento de tecnologías de conversión de energía, manejo de materiales, reacciones químicas, transferencia de masa y calor, que entre otras son el terreno de las carreras relativas a las ciencias químicas.
En el diseño curricular, se pretende que las ciencias básicas, generen en el estudiante un espíritu crítico, el interés por el estudio de la naturaleza y el manejo de modelos matemáticos para su aplicación en la solución de problemas que competen a la formación de los profesionales de las ciencias químicas es sus diferentes vertientes de ingeniería, alimentos, farmacia, entre otras.
El estudio del electromagnetismo deberá hacerse en contextos cercanos a las realidades que enfrentará posteriormente, para orientar el
conocimiento y generar habilidades que le permitan ser competente en su desarrollo profesional. Por ello en este programa de asignatura se
integraron diferentes actividades y tareas que pretender evidenciar su desempeño y determinar su grado de competencia.
III. Ubicación de la unidad de aprendizaje en el mapa curricular Núcleo de formación: Básico
Área Curricular: Físico Matemáticas
Carácter de la UA: Obligatoria
IV. Objetivos de la formación profesional
Objetivos del programa educativo:
5
El Programa en ingeniería química tiene como objetivo formar profesionales en Ingeniería Química con el dominio en tópicos de la Ingeniería Química -Fisicoquímica, reacciones químicas e ingeniería de procesos-, principios de economía industrial y administración, e inglés; y el desarrollo de habilidades cognitivas (análisis, síntesis, pensamiento crítico, razonamiento matemático, creatividad), para que aplicando metodologías adecuadas, sean capaces de resolver problemas propios de la formación, así como de generar y/u optimizar procesos y proyectos químicos, extractivosy de manufactura, que conlleven a buscar el desarrollo sustentable de su entorno, con responsabilidad social, a través de:
Intervenir profesionalmente en la administración de procesos y proyectos químicos, extractivos y de manufactura. Contribuir en la gestión y transferencia de tecnología de procesos fisicoquímicos económicamente redituables. Contribuir al progreso científico y la investigación en el ámbito de la ingeniería química mediante la innovación y promoción
de nuevas plataformas tecnológicas socialmente necesarias y redituables económicamente. Orientar en la eficiente articulación y uso de los recursos humanos, tecnológicos, materiales, energéticos y económicos de
las plantas productivas. Participar en actividades de comercialización de productos, equipos y servicios relacionados con procesos y proyectos
químicos, extractivos y de manufactura.
Objetivos del núcleo de formación Básico:Promover en el alumno/a el aprendizaje de las bases contextuales, teóricas y filosóficas de sus estudios, la adquisición de una cultura universitaria en las ciencias y las humanidades, y el desarrollo de las capacidades intelectuales indispensables para la preparación y ejercicio profesional, o para diversas situaciones de la vida personal y social.
.
Objetivos del área curricular o disciplinaria de Físico-Matemáticas:Proporcionar conocimientos básicos de Matemáticas y Física para la comprensión y solución de modelos de las ciencias de alimentos, biológicas, farmacéuticas, ingenieriles y químicas, a través de aportar una herramienta para la solución de problemas (heurística) y un lenguaje que le permita al alumno comunicar adecuadamente ideas y conceptos propios de su formación profesional, incidiendo en el desarrollo de habilidades que favorezcan el pensamiento lógico deductivo, crítico, el autoaprendizaje, el manejo de instrumentos, material de laboratorio y software especializado.
V. Objetivos de la unidad de aprendizaje.Aplicar modelos matemáticos basados en el cálculo de una variable y vectores, para describir fenómenos relativos a la electrostática, electrodinámica y magnetismo y con ello incidir en la comprensión de las propiedades y fenómenos electroquímicos de la materia como fuerzas electrostáticas en moléculas y enlaces, movimiento de iones en campos eléctricos y magnéticos, determinación de masas por medios electromagnéticos, entre otros.
6
Valorar el uso de TIC´s y software, trabajo en laboratorio, así como la calidad en el trabajo y apoyar acciones de responsabilidad social
VI. Contenidos de la unidad de aprendizaje y su organización.
Unidad 1. APLICACIÓN DE LOS MODELOS ELECTROSTÁTICOS
Objetivo:Aplicar los modelos basados en cálculo de una variable de la electrostática para determinar fuerzas entre objetos cargados, determinar intensidades de campo eléctrico producido por esos objetos, asi como el movimiento de partículas cargadas dentro de esos campos. Comprobar experimentalmente por medio de instrumentos y software de adquisición de datos la ley de Coulomb y determinar la intensidad de campos eléctricos de diferentes configuraciones de carga. Valorará el trabajo en equipo apreciará la equidad de género y su identificación profesionalContenidos: 1. Naturaleza de la carga eléctrica
1.1. Historia1.2. Propiedades de las cargas eléctricas1.3. Tipos de carga.1.4. Formas de obtener cargas
2. Fuerzas eléctricas en cargas puntuales2.1. Ley de Coulomb2.2. Configuraciones de cargas puntuales
3. Campo eléctrico3.1. Concepto3.2. Carga de prueba3.3. Ley de Gauss3.4. Configuraciones continuas de carga.3.5. Descripción de las líneas de campo3.6. Movimiento de cargas en campos eléctricos uniformes3.7. Experimentos de cargas eléctricas3.8. Generadores electrostáticos
7
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Práctica No. 1 Experimentos clásicos de electricidadPráctica No. 2 Ley de Coulomb
Unidad 2. APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE POTENCIAL ELÉCTRICO, TRABAJO Y ENERGÍA DE UN CAMPO ELÉCTRICO A DISPOSITIVOS ELECTROSTÁTICOS
Objetivo: Aplicar los modelos de potencial eléctrico, y energía potencial eléctrica, basados en el cálculo de una variable para resolver problemas de fuerza y campo eléctrico, así como su aplicación en el diseño y funcionamiento de capacitores. Comprobar experimentalmente por medio de instrumentos y software de adquisición de datos algunos modelos vistos en clase y determinar el potencial dentro campos eléctricos de diferentes configuraciones de carga. Construir un capacitor de placas paralelas utilizando dieléctricos, para su caracterización.Valorará el trabajo en equipo, apreciará la equidad de género y su identificación profesionalContenidos:1. Potencial eléctrico:
1.1. Trabajo sobre un carga puntual1.1.1.Entre cargas puntuales1.1.2.Carga dentro de un campo eléctrico
1.2. Concepto de Potencial1.3. Diferencias de potencial1.4. Superficies equipotenciales1.5. Potencial en configuraciones continuas de carga eléctrica.1.6. Aplicaciones del Potencial en el movimiento de cargas eléctricas1.7. Energía potencial entre cargas
2. Capacitancia2.1. Definición2.2. Cálculo de la capacitancia en diferentes configuraciones de campo eléctrico2.3. Materiales dieléctricos2.4. Combinaciones de capacitores con dieléctricos
2.4.1.Arreglos en serie2.4.2.Arreglos en paralelo
2.5. Energía almacenada2.6. Tiempo de carga en circuitos de capacitores.2.7. Aplicaciones de capacitores
8
PRÁCTICAS DE LABORATORIO Práctica No. 3 Configuración del campo eléctrico para dos cargas puntuales y dos líneas de carga Práctica No. 4 Construcción de un capacitor de placas paralelasPráctica No. 5 Arreglos de capacitores en serie y en paralelo.
Unidad 3. APLICACION DE LA LEY DE OHM, EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS RESISTIVOS DE CORRIENTE CONTINUA
Objetivo: Aplicación de la Ley de Ohm en circuitos resistivos de corriente directa para la determinación de corriente eléctrica y potencia utilizada.Aplicación de modelos de conductividad en problemas relativos para la identificación de soluciones acuosas conductoras.Usar adecuadamente instrumentos comunes de medición de potencial, corriente y resistencia en circuitos de CD así como software de adquisición de datos.Valorará el trabajo en equipo apreciará la equidad de género y su identificación profesional
Contenidos:1. Corriente eléctrica
1.1. Fuerza electromotriz1.2. Densidad de flujo eléctrico1.3. Resistividad1.4. Concepto de resistencia.1.5. Ley de Ohm
2. Identificación de las características de materiales óhmicos y no óhmicos2.1. Relación con la temperatura y la superconductividad2.2. Modelo de electrón libre para la conducción en sólidos y en soluciones.
3. Arreglos de resistencias 3.1. Circuitos en serie3.2. Circuitos en paralelo3.3. Leyes de Kirchoff 3.4. Análisis de circuitos3.5. Puente de Wheastone
Práctica No. 6 Ley de OhmPráctica No. 7 Arreglos de resistencias en serie y en paraleloPráctica No. 8 Conductividad de una disolución
Unidad 4. APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE CAMPO MAGNÉTICO Y DE LA CORRIENTE EN LA CONVERSIÓN DE ENERGIA
Objetivo: Aplicar los modelos de la magnetostática en el movimiento de cargas eléctricas dentro de campos magnéticosAplicación de la Ley de Ampere, para la determinación de campo magnético producido por diferentes arreglos de corriente.Utilizar instrumentos comunes de laboratorio asi como software de adquisición de datos para comporbar experimentalmente algunos de los modelos vistos en claseValorará el trabajo en equipo apreciará la equidad de género y su identificación profesionalContenidos:1. Naturaleza del fenómeno magnético
1.1. Medición de campos magnéticos1.2. Relación del magnetismo con el movimiento de cargas1.3. Relación del magnetismo con el espín de partículas cargadas
2. Fuerzas Lorentz 2.1. Cargas en movimiento2.2. Trayectorias curvilíneas2.3. Conductores con corriente2.4. Momento de torsión en espiras conductoras.
3. Ley de Ampere3.1. Constante de permeabilidad3.2. Campo magnético alrededor de conductores3.3. Campo magnético en solenoides y bobinas
PRÁCTICAS DE LABORATORIO Práctica No. 9 Configuración de campo magnético
Unidad 5. APLICACIÓN DE LA LEY DE FARADAY, DE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA PARA LA CONVERSIÓN DE ENERGIA
Objetivo:
10
Aplicará los modelos de campos magnéticos variables, producidos por cargas en movimiento para determinar la corriente inducida y resolver problemas de inducción en bobinas, transformadores, generadores e inductanciaUtilizará instrumentación común en la Física asi como software de adquisisción de datos experimentales para la comprobación de algunos de los modelos vistos en claseConstruirá un modelo de transformador eléctricoContenido temático:1. Ley de inducción de Faraday
1.1. Flujo magnético1.2. Potencial inducido por campos magnéticos variables
2. Determinación de la FEM inducida por campos magnéticos variables.3. Aplicaciones a generadores, transformadores, LVDT, generadores de chispa etc.PRÁCTICAS DE LABORATORIOPráctica No.10 Transformadores
PLATAFORMA TECNOLÓGICAMoodle
CALENDARIZACIÓN DE ACTIVIDADES DEL SEMESTRE
Semana Temas Capítulos del libro y actividades.1
1- 6 de Febrero
Inicio de cursos2 de febrero
Políticas del curso (15 min)
Naturaleza de la carga eléctrica. Ley de Coulomb: Solución de problemas de equilibrio de cargas usando el principio de superposición.
Capítulo 23 del Serway secciones 23.1 a 23.3. Problemas: 7, 8, 10, 11.
2Campo Eléctrico: Definición. Campo eléctrico de cargas puntuales. Solución de problemas usando el
Capítulo 23 del Serway sección 23.4. Problemas: 12, 17, 18 y 19.
11
8 - 13 de Febrero
Principio de Superposición.
3
15 - 20 de Febrero
Práctica I
Campo eléctrico de distribuciones de carga continuas: Densidad de carga. Encontrar el campo eléctrico mediante integración. Distribuciones uniformes y no uniformes. Líneas de Campo Eléctrico.
Capítulo 23 del Serway sección 23.5 y sección 23.6. Problemas: 25, 26, 27, 28, 29, 34 y 35.
4
22-27 de febrero
Práctica II
Campo eléctrico: Movimiento de una carga en un campo eléctrico.
Campo eléctrico de un conductor.
Ley de Gauss: Flujo eléctrico. Solución de problemas usando la Ley de Gauss.
Capítulo 23 del Serway sección 23.7. Problemas:36 al 41.
5
29 Feb - 5 de Marzo
Suspensión de
labores miércoles 2 y jueves 3 de
Marzo
Práctica III
Solución de problemas usando la Ley de Gauss Capítulo 24 del Serway. Problemas:8, 9, 18, 22, 45, 46 y 47.
6
7-12 de marzo
Práctica IV
Potencial eléctrico. Energía potencial y potencial eléctrico. Relación entre potencial y campo eléctrico.Potencial de cargas puntuales. Energía de interacción. Superficies equipotenciales. Potencial eléctrico de un conductor.
Capítulo 25 del Serway. Secciones 25.1 a 25.4 Problemas: 10, 11, 12, 15 y 22.
Capítulo 25 del Serway. Secciones 25.5 y 25.6. Problemas: 35, 38, 60 y 63.
12
7
14 - 19 de MarzoPráctica V
Capacitancia: Definición. Cálculo de la capacitancia para condensador de placas paralelas, cilíndricas y esféricas. Condensadores en serie y en paralelo. Energía almacenada. Densidad de Energía eléctrica.
Capítulo 26 del Serway. Secciones 26.1 a 26.7 Problemas: 1 a 7 y 12 a 17
21-27 de marzo VACACIONES SEMANA SANTA
8
28 de Marzo - 2 de abril
Suspensión de labores
Lunes 28 de Marzo
Primera evaluación
parcial29, 30, 31 de
marzo; 1 y 2 de abril.
Corriente eléctrica y resistencia: Ley de Ohm. Resistividad. Ley de Joule. Imagen microscópica de la corriente. Potencia
Capítulo 27 del Serway. Problemas: 5, 6, 7, 13, 19, 23, 26 y 34.
9
4 - 9 de abril
Primera evaluación
parcial4, 5 y 6 de abril.
Corriente directa: Combinaciones de resistencias (serie y paralelo)
Capítulo 28 del Serway. Problemas: 5, 6, 7, 13, 14, 15, 16 y 26.
13
Práctica VI10
11 - 16 de abril
Práctica VII
Magnetismo Generalidades. Fuerza magnética sobre una carga en movimiento dentro de un campo magnético. Fuerza de Lorentz.
Capítulo 29 del Serway. Secciones 29.1 a 29.4. Problemas:1, 3, 8, 14, 18, 22, 25, 38, 47.
11
18 - 23 de abril
Práctica VIII
Magnetismo: Problemas.Torca sobre una espira con corriente. Momento dipolar magnético.
Capítulo 29 del Serway. Sección 29.5. Problemas: 43, 44, 45 y 64.
12
25 - 30 de abril
Práctica IX
Ley de Biot-Savart: Solución de problemas.Capítulo 30 del Serway. Secciones 30.1 y 30.2 Problemas: 3 al 7.
13
2 - 7 de mayo
Suspensión de labores
Viernes 6 de mayo
Ley de Ampere y sus aplicaciones. Solenoides y toroides.
Capítulo 30 del Serway. Secciones 30.4 al 30.7 Problemas: 23 al 31.
14
9 - 14 de mayo
Suspensión de labores
lunes 9 y martes 10 de Mayo
UNIDAD 5Inducción magnética. Flujo magnético. Ley de Inducción de Faraday.
Capítulo 31 del Serway. Problemas: 5, 8, 22, 29, 30, 38 y 43.
14
15
16 - 21 de mayo
Práctica X
Ley de Lenz. Fuerza electromotriz. Capítulo 31 del Serway. Problemas: 56 al 62.
Capítulo 34 del Serway. Problemas:1 al 6.
16
23 - 28 de mayo
Segunda evaluación
parcial24, 25, 26 y 27 de
mayo.
Generadores de corriente alterna. Problemas de inducción magnética. Capítulo 34 del Serway. Problemas: 7 al 11
Capítulo 35 del Serway. Problemas: 5, 6, 7, 8, 14, 16, 27 y 31.
17
30 de mayo - 2 junio.
Segunda evaluación
parcial30, 31 de mayo y
1 de junio.
Fin de cursos 2 de junio
Ecuaciones de Maxwell. Espectro electromagnético.
Exámenes ordinarios
viernes 3 al lunes 13 de junio
Exámenes extraordinarios viernes 17 al miércoles 22 de junio. Exámenes ¨a título¨ miércoles 29 de junio al 1 de julio.
15
VI. Sistema de EvaluaciónEl a lumno tendrá derecho a presentar las evaluaciones correspondientes, con base a los l ineamientos establecidos en el Reglamento Interno de la Facultad de Química; asimismo deberán ser acatados los cr i ter ios de ponderación acordados en el Área de Docencia Físico Matemát icas. El estudiante debe ser puntual a cada act iv idad académica considerada dentro de la unidad de aprendizaje, mostrar un comportamiento adecuado en cada sesión y cumpl ir con el 80% de asistencia.
La evaluación del curso se integra de la s iguiente forma:
Evaluación Valor ponderadoPrimer Examen Parcial 40%Segundo Examen Parcial 40%Calif icación de Prácticas 20%
Si e l a lumno en esta ponderación alcanza una evaluación igual o mayor a 8.0 (ocho puntos), estará exento de presentar el Examen Final ; s i la evaluación obtenida en esta ponderación es menor de 8.0 (ocho puntos), el a lumno tendrá que presentar el Examen Final Examen Final 100%Primer Examen Parcial