Transcript Universidad Peruana Cayetano Heredia Departamento Académico de Ciencias Exactas Física II Juvenal Castromonte Salinas [email protected] Semestre, 2011-II Docentes Participantes Ph.D Juvenal Castromonte Salinas [email protected] M.Sc Galo Sisniegas Charcape galo.

Universidad Peruana Cayetano Heredia
Departamento Académico de Ciencias Exactas
Física II
Juvenal Castromonte Salinas
[email protected]
Semestre, 2011-II
Docentes Participantes
Ph.D
Juvenal Castromonte Salinas
[email protected]
M.Sc
Galo Sisniegas Charcape
galo. [email protected]
Lic.
Alejandra Altamirano Macetas
[email protected]
Lima, 2011-II
Juvenal Castromonte, Ph.D
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Duración de la Del 15 de Agosto, 2011
Al 09 de Diciembre, 2011
asignatura
II. SUMILLA
Se desarrolla una introducción detallada de la teoría electromagnética. El
curso dedica en su contenido al estudio de las leyes fundamentales de
los campos electromagnéticos. En el desarrollo del contenido del curso
se recurren a modelos simples para formular conceptos generales. Estos
conceptos generales tienen profunda relación con la simetría de la
naturaleza, a la que se le brinda atención especial y necesaria, con la
finalidad de acercar, en el tema, al alumno al nivel actual de la física.
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Capítulo 1. Electrostática
Semana 1
PRESENTACIÓN DEL CURSO
INTRODUCCIÓN CARGA ELÉCTRICA
LEY DE CONSERVACIÓN DE CARGA
LEY DE COULOMB
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 1
Semana 2
SISTEMA DE UNIDADES PARA
INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO
PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN
LÍNEAS ELÉCTRICAS DE FUERZA
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 2
Semana 3
TEOREMA DE GAUSS
MOVIMIENTO DE CARGAS EN CAMPOS ELECTROSTÁTICO
TRABAJO DE LABORATORIO
EXAMEN 1
Semana 4
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LEYES DE CONSERVACIÓN EN CAMPOS ELECTROSTÁTICOS
POTENCIAL DE UN CAMPO ELECTROSTÁTICO
ENERGÍA DE UN SISTEMA DE CARGAS EN CAMPOS ELECTROSTÁTICOS
TRABAJO DE LABORATORIO
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EVALUACIÓN 3
Semana 5
ENERGÍA DEL CAMPO ELECTROSTÁTICO
PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 4
Semana 6
UNIDADES DE MEDICIÓN
CAPACITANCIA ELÉCTRICA. CONDENSADORES
TRABAJO DE LABORATORIO
EXAMEN 2
Semana 7
CAMPO ELÉCTRICO EN MEDIOS
TRABAJO DE LABORATORIO
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Capítulo 2. Campo Magnético
EVALUACIÓN 5
Semana 8
Semana 9
Semana 10
INTRODUCCIÓN
CORRIENTE ELÉCTRICA. ECUACIÓN DE CONTINUIDAD. LEY DE OHM
REGLAS DE KIRCHOFF. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 6
PROCESOS DE TRANSICIÓN EN CIRCUITOS
TRABAJO DE LABORATORIO
EXPERIMENTOS FUNDAMENTALES
CAMPO MAGNÉTICO. FUERZA DE LORENTZ. LEY DE BIOT-SAVART
UNIDADES DE MEDICIÓN. LÍNEAS MAGNÉTICAS DE FUERZA
EXAMEN 3
EVALUACIÓN 7
Semana 11
TEOREMA FUNDAMENTAL DEL MAGNETISMO: LEY DE GAUSS PARA EL MAGNETISMO;
LEY DE AMPERE. MOMENTO MAGNÉTICO
MOVIMIENTO DE UNA CARGA EN CAMPOS ELECTROSTÁTICOS Y MAGNETOSTÁTICOS
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 8
Semana 12
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ENERGÍA DE UNA CARGA EN UN CAMPO MAGNÉTICO
ENERGÍA DEL CAMPO MAGNÉTICO. CAMPO MAGNÉTICO EN MEDIOS
TRABAJO DE LABORATORIO
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CAPÍTULO 3. CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
EXAMEN 4
Semana 13
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. AUTOINDUCCIÓN. INDUCCIÓN MUTUA
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 9
Semana 14
SISTEMA DE ECUACIONES DEL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
CORRIENTE DE DESPLAZAMIENTO
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 10
Semana 15
OSCILACIONES ELÉCTRICAS. CORRIENTE ALTERNA
TRABAJO DE LABORATORIO
EVALUACIÓN 11
Semana 16
Semana 17
Semana 18
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TRANSFORMACIÓN DE CAMPOS. INVARIANTES ELECTROMAGNÉTICAS
TRABAJO DE LABORATORIO
APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO.
EXAMEN 5
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EXAMENES SUSTITUTORIOS
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BIBLIOGRAFÍA
Texto
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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
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HORARIO
DIA
HORA
LUGAR
PROFESOR
10-12
08-10
08-10
3D
3B
3B
J. Castromonte
Seminario
Ma
G1: Mi
G2: Vi
Evaluación
Lu
08-10
2C, 3C
Teoría
Laboratorio
Tutoria
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G1: Ju
14-16
G2: Ma
08-10
G3: ¿?
¿?
A establecer
Juvenal Castromonte, Ph.D
Laboratorio de
Física
Laboratorio de
Física
Laboratorio de
Física
J. Castromonte
J. Castromonte
J. Castromonte
A. Altamirano
G. Sisniegas
A. Altamirano
G. Sisniegas
A. Altamirano
G. Sisniegas
¿?
J. Castromonte
A. Altamirano
G. Sisniegas
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CRONOGRAMA DE EVALUACIONES
PROFESOR
ENCARGADO
I EXAMEN
II EXAMEN
III EXAMEN
IV EXAMEN
J. Castromonte
A. Altamirano
G. Sisniegas
V EXAMEN
Sustitutorio al
Capítulo 1
EXAMENES
SUSTITUTORIOS
(semana 18)
Sustitutorio al
Capítulo 2
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J. Castromonte
A. Altamirano
G. Sisniegas
J. Castromonte
A. Altamirano
G. Sisniegas
Juvenal Castromonte, Ph.D
DIA
HORA
LUNES DE 4
10:00 – 12:00
LUNES DE 7
10:00 – 12:00
LUNES DE 10
10:00 – 12:00
LUNES DE 13
10:00 – 12:00
LUNES DE 16
10:00 – 12:00
LUNES
08:00 - 10:00
MIERCOLES
12:00 - 14:00
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Presentación del curso
Conjugar los principios teóricos y la solución de
problemas de aplicación de los fenómenos
electromagnéticos.
En teoría se hará uso de modelos simples para
formular los conceptos generales
Estos conceptos fundamentales están fuertemente
relacionados con la simetría general de la naturaleza
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Introducción
En Física I el problema fundamental era el siguiente:
“dado el estado inicial de un cuerpo se quieren
conocer sus coordenadas y velocidad en todo
momento”
Para solucionar este problema, en su forma mas
general, se hace uso de la ecuación de movimiento


F  ma
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Para solucionar la ecuación de movimiento,
además de las condiciones iniciales, es necesario
conocer la forma explícita de las fuerzas
externas.
Hasta el momento, del curso de mecánica, solo
se conocen las fuerzas de gravitación, rozamiento
y elasticidad.
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La fuerza de gravitación es una ley bastante
simple:
m1 m2
F G 2
r
Esta ley es válida en todos los casos,
independientemente de la naturaleza de los
cuerpos y las condiciones en las que se
encuentren. Esta ley se considera fundamental.
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La expresión para las fuerzas de rozamiento y
elasticidad a primera vista son bastante
simples.
f roz .  N
F  x
Sin embargo, la simplicidad es solo aparente.
coeficientes se determinan experimentalmente y dependen del
material, de la calidad de la superficie, etc
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La expresión para la fuerza de rozamiento
es válida solo para casos donde la velocidad es
pequeña;
Para la fuerza de elasticidad lo es para
desviaciones pequeñas.
Estas leyes no son fundamentales.
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Fuerza de rozamiento y Fuerza de Elasticidad
son el valor medio de un número grande de interacciones entre moléculas.
Esta interacción no tiene naturaleza gravitacional. Los cuerpos se
resisten a ser expandidos o comprimidos (entre las partículas del cuerpo
aparecen fuerzas de repulsión). Las fuerzas gravitacionales solo generan
atracción.
Las fuerzas de rozamiento y
elasticidad son evidencias
de un nuevo tipo de
interacción. “Interacción
electromagnética”.
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Para determinar el comportamiento de los
cuerpos, que participan en interacciones
electromagnéticas, es necesario establecer
una ley fundamental, análoga a la ley de
Newton para el caso de la gravitación.
Pero, antes debe determinarse la
propiedad de las partículas que determinan
esta nueva interacción.
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Carga eléctrica
La propiedad que determina la interacción
electromagnética de las partículas se conoce
como carga eléctrica.
El conjunto de toda la información experimental
acerca de las cargas se puede reducir a cinco
puntos
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1. Existen cargas de dos tipos.
Convencionalmente se conocen como carga
positiva y carga negativa.
2. Cargas del mismo tipo se repelen y de
diferente tipo se atraen.
3. Los cuerpos que no participan en las
interacciones eléctricas se conocen como
neutras.
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4. En la naturaleza existe una carga
elemental[1]. Esta carga se representa por
e. Los portadores de las cargas elementales
son partículas que forman parte de todos
los cuerpos (partículas elementales):
electrones (-e) y protones (+e).
[1] En los modelos teóricos actuales se supone la existencia
de partículas (quarks) con cargas eléctricas fraccionarias.
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Ley de Conservación de Cargas
Una de las leyes fundamentales de la física
La carga total (neta resultante) de un sistema, si
en ella no se introducen cargas netas externas,
siempre se mantiene constante
n
k
i 1
j 1
Q   qi   q j
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Para la descripción del comportamiento de
los cuerpos cargados se tienen dos modelos:
modelo de carga puntual
modelo de distribución de carga, que
puede ser volumétrica, superficial o lineal.
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Ley de Coulomb
La ley fundamental de las fuerzas eléctricas,
establecida en 1785
la magnitud de la fuerza de interacción entre dos
cargas puntuales q1 y q2 en reposo, separados
entre sí por una distancia r , es igual a
q1 q 2
F k 2
r
donde k es una constante que depende de la elección del sistema de
unidades
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Sistema de Unidades
para la carga eléctrica
De mecánica se conocen las unidades de
medición de fuerza y longitud, así que
las dimensiones de la constante ,
también depende de la elección de las
unidades de la carga.
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Sistema CGSE
la unidad de carga se elige de manera tal, que la
fuerza con la que una unidad carga actúa sobre
otra igual, en vacío, separados por una distancia
de
, sea igual a
. Entonces de
1cm
1dina

q
F   k 
r 
2
1
2
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se tiene que
1CGSEq
1dina  k 
1cm
2
Por tanto, en este sistema de unidades
k 1
La unidad de carga se construye a partir de las tres unidades
fundamentales, introducidas en mecánica, como son el centímetro, el
segundo y el gramo
3
1
1CGSEq  cm gr seg
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2
2
1
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SI
En este sistema de unidades, la carga se mide
en coulombs, donde
1Coulomb  3  10 CGSE q
9
La constante
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k
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1
4 0
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
0
es un coeficiente con unidades propias.
 Sí la fuerza
q
F se expresa en Newton (N),
en Coulomb (C) y
r en metros (m),
entonces
 0  8.854 10
12
C
2
N m
2
dos cargas puntuales de 1C cada una, separadas por una
distancia de1m, interactúan entre sí con una fuerza de 9  109 N
Ejemplos
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