Fundamentos de Física II Grado en Sistemas de Telecomunicación Universidad de Alcalá Curso Académico 2010/2011 Curso 1º– Cuatrimestre 2º GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Fundamentos de Física II Física (todas las del departamento) Carácter: Créditos ECTS: Básica 6 Curso y cuatrimestre: Curso Primero. Segundo cuatrimestre Profesorado: Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Español 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. En cuanto a los contenidos que en ella se presentan, constituye una continuación de la asignatura Fundamentos de Física I que se imparte en el primer cuatrimestre de primer curso del grado. Con ambas, se presenta el estudio detallado de los fenómenos físicos que llevan a la comprensión del comportamiento del campo electromagnético y se sientan las bases conceptuales para el seguimiento de diferentes materias tecnológicas que se imparten a lo largo de la titulación del grado. La asignatura se inicia con el análisis de las oscilaciones eléctricas en circuitos con combinación de elementos: resistivo, inductivo y capacitivo, identificando en cada caso las características de la oscilación. Posteriormente, se estudian los diferentes tipos de comportamiento de la materia frente a campos magnéticos externos y se completa el estudio de las leyes que rigen el fenómeno de los campos variables en el tiempo. Se presentan los métodos más comunes de resolución de problemas del potencial y finalmente, se estudian las propiedades generales de las ondas con objeto de analizar de forma más específica las ondas electromagnéticas y acústicas. Prerrequisitos y Recomendaciones (si es pertinente) 2 Es aconsejable tener un conocimiento global adecuado de los contenidos de Fundamentos de Física I y Matemáticas de primer cuatrimestre. 2. COMPETENCIAS Competencias genéricas: 1. Capacidad para utilizar con propiedad la terminología y unidades de medida en los fenómenos en relación con el ámbito de estudio 2. Promover y desarrollar la capacidad de análisis y síntesis, fomentando la reflexión y el razonamiento críticos 3. Adquirir formación científica básica, con conciencia de las simplificaciones, aproximaciones y 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. Adquirir, desarrollar y ejercitar destrezas necesarias para el trabajo de laboratorio, tanto destrezas manipulativas con los instrumentos como con la técnica de recogida de datos para la comprobación de diversas leyes físicas Competencias específicas: 1. Comprender, comparar, distinguir y aplicar los conceptos básicos de Electrostática, Magnetostática y Campos variables en el tiempo que se señalan dentro de los contenidos de la asignatura 2. 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 3. Saber las características de oscilación que presenta un circuito RLC con diferente combinación de elementos y sus consecuencias energéticas 4. Diferenciar los diferentes comportamientos de la materia cuando se somete a campos magnéticos externos 5. Conocer el comportamiento de los materiales ferromagnéticos en base a sus posibles aplicaciones 6. Saber las leyes que rigen el comportamiento del campo electromagnético y saber identificarlas 7. Conocer y utilizar las técnicas analíticas y numéricas relativas a los problemas de potencial, haciendo uso de herramientas informáticas 3 8. Conocer las magnitudes relevantes que describen un movimiento ondulatorio 9. Conocer los aspectos más importantes de la propagación de ondas electromagnéticas en diferentes tipos de medios 10. Comprender los fenómenos de carácter ondulatorio de la reflexión, refracción, interferencia, difracción y polarización de las ondas electromagnéticas 11. Saber qué implica la aproximación de óptica geométrica y cómo utilizarla para la formación de imágenes. 3. CONTENIDOS Contenidos teóricos: Tema 1. Oscilaciones eléctricas. Circuito LC: oscilaciones armónicas libres. Circuito RLC serie: oscilaciones amortiguadas. Factor de calidad. Circuito RLC serie con fem sinusoidal: oscilaciones forzadas. Resonancia en un circuito RLC. Tema 2. Magnetostática en medios materiales. El fenómeno de imanación. Materiales dia, para y ferromagnéticos. Vector imanación. Corrientes de imanación. Campo magnético creado por un medio imanado. Susceptibilidad y permeabilidad magnéticas. Vector excitación magnética: Ley de Ampère en medios materiales. Condiciones en la frontera. Energía magnética. Densidad de energía del campo magnetostático. Materiales ferromagnéticos. Pérdida de energía por histéresis. Tema 3. El fenómeno electromagnético. Corriente de desplazamiento de Maxwell. Ecuaciones de Maxwell. Condiciones en la frontera. Energía del campo electromagnético: Vector de Poynting. Tema 4. Métodos de resolución de problemas de potencial. Ecuaciones de Poisson y Laplace. Método de las imágenes. Métodos numéricos. Tema 5. Movimiento ondulatorio. Fenomenología del movimiento ondulatorio. Tipos de ondas. Ecuación de ondas unidimensional. Ondas armónicas monocromáticas. Velocidad de propagación. Principio de Huygens. Ondas en dos y tres dimensiones. Energía e intensidad de una onda armónica. Variación de la intensidad y amplitud con la distancia: factores geométricos y medios absorbentes. Ondas no monocromáticas: velocidad de fase y velocidad de grupo. Medios dispersivos. Tema 6. Ondas electromagnéticas. Ecuación de ondas para los campos eléctrico y magnético. Propagación de ondas electromagnéticas planas en el vacío: características. Energía transportada por las ondas electromagnéticas. Espectro electromagnético. Tema 7. Reflexión, transmisión y polarización de ondas. Fenómeno de reflexión y transmisión: leyes. Reflexión total interna: aplicaciones. Fenómeno de 4 polarización. Tipos de polarización. Generación de ondas polarizadas. Ley de Malus. Formas de obtener luz polarizada. Aplicaciones. Tema 8. Interferencia y difracción de ondas. Fenómeno de interferencia. Interferencia de dos o más fuentes coherentes. Interferencia temporal de ondas armónicas: pulsaciones. Ondas estacionarias. Fenómeno de difracción. Diagrama de difracción de una rendija. Poder de resolución de una rendija. Diagrama de difracción de dos rendijas paralelas. Redes de difracción. Tema 9. Óptica geométrica. Aproximación de la óptica geométrica. Aproximación paraxial. Elementos de la óptica geométrica. Formación de imágenes por reflexión: espejos planos y curvos. Formación de imágenes por refracción. Lentes. Formación de imágenes por un conjunto de lentes delgadas. Sistemas ópticos. Tema 10. Ondas acústicas. Introducción. Ondas sonoras armónicas. Intensidad de las ondas sonoras. Impedancia acústica. Cualidades subjetivas de la percepción sonora: sensación sonora, tono y timbre. Nivel de intensidad sonora: escala dB. Transmisión del sonido. Análisis y síntesis de Fourier. Total de clases, créditos u horas Bloques de contenido (se pueden especificar los temas si se considera necesario) Oscilaciones eléctricas (tema 1) • 8h Magnetostática en medios materiales (tema 2) • 12h El campo electromagnético (tema 3) • 3h Resolución de problemas de potencial (tema 4) • 6h Ondas y fenómenos ondulatorios (temas 5, 6, 7, 8, 10) • 20h Óptica geométrica (tema 9) • 3h Contenidos prácticos: Prácticas de laboratorio dedicadas al aprendizaje de la metodología y de las técnicas de medida empleadas en Física. Serán prácticas que muestren experiencias relacionadas con conocimientos teóricos desarrollados a lo largo de la asignatura. El alumno realizará un total de 8h presenciales de laboratorio. Cronograma (Optativo) 5 Semana / Sesión Contenido 01ª • 02ª • 03ª • 04ª • 05ª • 06ª • 07ª • 08ª • 09ª • 10ª • 11ª • 12ª • 13ª • 14ª • 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS La metodología a emplear será la siguiente: Clases de teoría. Clases en las que el profesor expondrá los contenidos fundamentales de cada tema. Clases de problemas. 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 seminario. Clases dedicadas a trabajar de forma individual o por grupos sobre diversas cuestiones que se plantearán para discutir, relacionar y afianzar conceptos. Serán utilizadas también para aclarar dudas que surjan a lo largo del curso, tanto de las lecciones teóricas como de los problemas no resueltos en clase, de las tareas propuestas, etc. 6 Clases prácticas 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 clases de teoría, problemas, seminarios y prácticas de laboratorio y 2 horas para le realización de un examen) Número de horas del trabajo propio del estudiante: 92h (incluye horas de estudio, realización de actividades no presenciales, actividades on-line, preparación de exámenes, etc.) 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 para afianzar los conocimientos teóricos y sus relaciones con ayuda y orientación del profesor Prácticas de laboratorio Realización de experiencias de laboratorio siguiendo un guión y con ayuda del profesor Tareas diversas on-line y tutorías Realización de tareas, pruebas de autoevaluación, participación en foros, haciendo uso de la plataforma WebCT del aula virtual de la UAH 7 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación1 Se considerará que el alumno matriculado va a seguir el método de evaluación continua, en cuyo caso corre la convocatoria ordinaria. No obstante, en lugar de la evaluación continua, tiene la opción, dentro del primer mes a partir de la fecha de inicio de las clases, de optar a la realización de un examen final. En la convocatoria extraordinaria se considerará que el alumno, independientemente de la opción de evaluación por la que hubiera optado, agota convocatoria al presentarse al examen. Evaluación y calificación para alumnos con la opción de evaluación continua Como regla general, la asimilación de conceptos y procedimientos se evaluará mediante pruebas escritas presenciales y/o realizadas a través de la plataforma WebCT, mientras que la adquisición de competencias prácticas se evaluará a través de la asistencia y realización de las prácticas y de las memorias o informes entregados individualmente. Los elementos de evaluación, con su porcentaje correspondiente, serán: a) entrega de trabajos, realización de pruebas parciales, y otras actividades a lo largo de la asignatura. La calificación de esta parte constituirá el 45% de la calificación máxima (máximo: 4.5 puntos). Las pruebas parciales podrán realizarse en el aula o a través de la plataforma WebCT del aula virtual de la UAH. b) realización de prácticas de laboratorio y entrega de los correspondientes informes. La calificación de esta parte constituirá el 15% de la calificación máxima (máximo: 1.5 puntos). c) prueba final teórico-práctica. La calificación de esta parte constituirá el 40% de la calificación máxima (máximo: 4 puntos) Evaluación y calificación para alumnos con la opción de examen final El elemento de evaluación será un examen final que constará de dos partes: parte teórico-práctica, que representará el 85% de la calificación máxima (máximo: 8.5 puntos) y una parte de laboratorio que representará el 15% (máximo: 1.5 puntos). No obstante, aquellos alumnos que hubieran realizado las prácticas de laboratorio y entregado las memorias correspondientes, pueden optar por no realizar 1 Es importante señalar los procedimientos de evaluación: por ejemplo evaluación continua, final, autoevaluación, co-evaluación. Instrumentos y evidencias: trabajos, actividades. Criterios o indicadores que se van a valorar en relación a las competencias: dominio de conocimientos conceptuales, aplicación, transferencia conocimientos. Para el sistema de calificación hay que recordar la Normativa del Consejo de Gobierno del 16 de Julio de 2009: la calificación de la evaluación continua representará, al menos, el 60%. Se puede elevar este % en la guía. 8 la parte del examen correspondiente al laboratorio. En ese caso, la nota obtenida en esa parte, se le sumará a la calificación que obtengan en la parte teórico-práctica del examen. Aquellos alumnos que no hubieran realizado las prácticas de laboratorio deberán realizar las dos partes del examen final. En la convocatoria extraordinaria, el procedimiento de evaluación será el mismo que el indicado anteriormente para el caso de alumnos con la opción de examen final en convocatoria ordinaria. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica´ J. M. De Juana, Física General, Vol 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) E. M. Purcell, Electricity and Magnetism, Berkeley Physics Course, Vol II, Ed. McGraw-Hill Sears, Zemansky, Young, Fredman, Física Universitaria. Vol 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, R. K. Wangsness, Campos electromagnéticos, Ed. Limusa (1996) Bibliografía Complementaria (optativo) Feymann, Física, Ed. Adisson Wesley Iberoamericana A. P. French, Vibraciones y ondas, Ed. Reverte J. D. Kraus, D. A. Fleisch, Electromagnetismo con aplicaciones, Ed. McGraw-Hill, 5ª edición (2000) 9