Tema 5. Camp magnètic (III)

El Professor Walter Lewin del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent enllaç la sessió corresponent als camps magnètics variables en el temps. L’OCW “Physics II: Electricity and magnetism” amb tot el material de vídeos i apunts d’aquest es pot accedir des d’ací.

ocw_mit

La sessió dedicada a les lleis de Faraday i Lenz les podeu seguir en el vídeo següent.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/G3eI4SVDyME" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

Tema 5. Camp magnètic (II)

El Professor Walter Lewin del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent enllaç la sessió corresponent a les fonts del camp magnètic. L’OCW “Physics II: Electricity and magnetism” amb tot el material de vídeos i apunts d’aquest es pot accedir des d’ací.

ocw_mit

La sessió dedicada a les lleis de Biot-Savart i Ampère la podeu seguir en el vídeo següent.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/MZOaVXmK5zk" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

Tema 5. Camp magnètic

Aquest bloc s’ha organitzat en tres sessions teòriques. En la primera es consideraran els efectes d’un camp magnètic determinat sobre càrregues mòbils i sobre fils portadors de corrents. En la segona sessió s’estudiarà les fonts dels camps magnètics i s’acabarà el contingut teòric amb els fenòmens d’autoinducció i inducció mútua de la tercera sessió.

El Curs Interactiu de Física en Internet és un curs de Física general realitzat pel professor Ángel Franco de la Universitat del País Basc. La següent imatge enllaça al bloc dedicat a l’electromagnetisme.

fisica-con-ordenador1El Professor Walter Lewin del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent enllaç la sessió corresponent al camp magnètic. L’OCW “Physics II: Electricity and magnetism” amb tot el material de vídeos i apunts d’aquest es pot accedir des d’ací.

ocw_mitLa sessió dedicada a camp i forces magnètiques la podeu seguir en el vídeo següent.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/qqkUeQ0nsF8" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

Ejercicios tipo investigación (IV)/Exercicis tipus investigació (IV)

Este tipo de ejercicios plantean problemas abiertos y sin datos numéricos. El alumnado debe elaborar una propuesta de solución preguntándose qué conocimientos necesita para poder plantearla y los datos que se deberían obtener. Algunas situaciones que se adaptarían al cuarto bloque de contenidos “Campo eléctrico” podrían ser las siguientes:

  1. Si queremos arrancar un coche utilizando la batería de otro vehículo, ¿qué borne de la batería del primer coche se debería conectar al positivo del segundo? ¿Qué puede suceder si no se realiza correctamente la operación? Trata de dibujar un esquema del circuito y busca datos para calcular la intensidad de carga del mismo.
  2. Un ingeniero quiere preparar unos aperitivos con sus compañeros y compañeras de piso para soportar la larga noche de estudio que les espera. De acuerdo a las características de la instalación eléctrica del piso, ¿podrían enchufar simultáneamente una tostadora, un microondas, una cafetera y un horno? Se tiene que tener una estimación de la máxima intensidad que soporta el o los fusibles.
  3. Se quiere construir un condensador de placas paralelas económico para utilizar en experiencias de laboratorio. Se diseñan las placas con papel de aluminio y se rellena el espacio entre las placas con polietileno. Estima la capacidad de un sistema como éste.

Aquest tipus d’exercicis plantegen problemes oberts i sense dades numèriques. L’alumnat ha d’elaborar una proposta de solució preguntant-se què coneixements necessita per a poder plantejar-la i les dades que s’haurien d’obtenir. Algunes situacions que s’adaptarien al tercer bloc de continguts “Camp elèctric” podrien ser les següents:

  1. Si volem engegar un cotxe utilitzant la bateria d’un altre vehicle, quin born de la bateria del primer cotxe s’haurà de connectar al positiu del segon? Què succeiria si les bateries es connecten d’una manera incorrecta? Tracta de dibuixar l’esquema del circuit i busca dades per a calcular la intensitat de càrrega d’aquest.
  2. Un enginyer vol preparar un refrigeri amb els seus companys i les seues companyes de pis per a suportar la llarga nit d’estudi que els espera. D’acord a les característiques de la instal·lació elèctrica del pis, podrien engegar simultàniament una torradora, un microones, una cafetera i un forn? Cal tenir una estimació de la intensitat màxima que és capaç de suportar el fusible sense fondre’s.
  3. Es vol construir un condensador de plaques paral·leles econòmic per a utilitzar en experiències de laboratori. Es dissenyen les plaques amb paper d’alumini i omplim l’espai entre les plaques amb polietilè. Estimeu la capacitat d’un sistema com aquest.

Tema 4. Camp elèctric (III)

L’última sessió d’aquest bloc se dedicarà a l’estudi del corrent elèctric, és a dir, analitzar el moviment de les càrregues dins d’un conductor a causa de l’existència d’un camp elèctric. S’iniciarà amb una descripció de la natura del corrent elèctric i es definiran els conceptes d’intensitat de corrent elèctrica i densitat de corrent. La intensitat de corrent es defineix com la càrrega que travessa una superfície per unitat de temps, i la densitat de corrent en un conductor com la intensitat per unitat de superfície, que és una magnitud vectorial la direcció de la qual és la de la velocitat de les càrregues.

Es continuarà amb la deducció de la llei d’Ohm a partir de l’equació general de la conducció elèctrica i es definiran els conceptes de resistència, resistivitat iy conductivitat. També s’analitzaran les associacions de resistències i la resistència equivalent en cada cas. Es farà una breu descripció d’instruments de mesura de magnituds elèctriques.

En tot circuit elèctric es produeix una pèrdua d’energia potencial, que és la que guanya el conductor en forma de calor, la qual irradia a l’exterior, conegut com efecte Joule. Per tant, per a mantenir un circuit de corrent continu es necessiten dispositius que proporcionen energia elèctrica a aquest. S’acabarà la sessió amb l’estudi del circuits de corrent continu i obtindrem l’equació de circuits senzills i la resolució de circuits complicats mitjançant les regles de Kirchhoff, el mètode de les corrents de malla i el teorema de Thévenin.

El Professor Walter Lewin del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent enllaç la sessió corresponent a la resolució de circuits de corrent continu mitjançant les regles de Kirchhoff.

ocw_mitLa sessió dedicada a circuits la podeu seguir en el vídeo següent.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/RQX8I9ZWtPQ" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

Tema 4. Camp elèctric (II)

El concepte d’energia potencial s’ha analitzat en el primer bloc temàtic relacionant-la amb forces conservatives com la força gravitatòria i la força elàstica exercida per un ressort. En aquesta sessió s’estudiarà el concepte d’energia potencial elèctrica i serà molt útil a l’hora de calcular camps elèctrics. Com que la força elèctrica és conservativa, els fenòmens electrostàtics es poden descriure en termes d’una energia potencial elèctrica. Aquesta idea ens permet introduir el concepte de potencial elèctric el caràcter escalar del qual ens permetrà calcular d’una manera més senzilla el camp elèctric, que és vectorial. El potencial elèctric es pot definir com l’energia potencial per unitat de càrrega i s’obtindrà el seu valor per a càrregues puntuals i per a diferents distribucions contínues de càrrega. S’analitzarà el cas de conductors en equilibri electrostàtic i les seues propietats.

Seguidament es definirà el concepte de superfície equipotencial i les seues propietats. Després s’obtindrà la relació entre el camp elèctric i el potencial elèctric que ens permetrà obtenir el potencial elèctric per integració conegut el camp elèctric o el camp elèctric a partir del gradient del potencial elèctric conegut aquest.

S’acabarà la sessió amb l’estudi de la capacitat, els condensadors i els dielèctrics. S’entén per condensador qualsevol dispositiu capaç d’emmagatzemar càrrega i energia. S’estudien distints tipus de condensadors i s’obtindrà la capacitat d’aquests, així com l’associació de condensadors. A continuació s’estudiarà l’energia que s’emmagatzema en un condensador i es definirà el concepte de densitat d’energia entre les plaques d’un condensador. Altre aspecte interessant a estudiar és la variació de la capacitat, del camp elèctric, del potencial elèctric i de la càrrega elèctrica quan es col·loca un material dielèctric en l’interior d’un condensador.

El Curs Interactiu de Física en Internet és un curs de Física general realitzat pel professor Ángel Franco de la Universitat del País Basc. La següent imatge enllaça al bloc dedicat a l’electromagnetisme.

fisica-con-ordenador1

La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

Tema 4. Camp elèctric (I)

Podem imaginar-nos la nostra vida quotidiana sense l’electricitat, en particular, o l’electromagnetisme, en general? Quina és la càrrega total dels electrons en la moneda de 10 cèntims d’euro? Les primeres observacions de l’atracció elèctrica les van fer els grecs en l’antiguitat, els quals descobriren que l’ambre, després de refregar-lo, atreia objectes petits com ara palletes o plomes. De fet, la paraula elèctric prové del mot elektron, que significa ambre. Actualment, l’electricitat continua sent un camp d’investigació i d’aplicació. L’enginyeria elèctrica tracta de millorar la tecnologia elèctrica existent, incrementant el rendiment i l’eficiència de dispositius elèctrics diversos, com ara automòbils híbrids, plantes elèctriques, etc.

En aquest bloc començarem l’estudi de l’electricitat a partir de l’electrostàtica, que tracta de les càrregues en repòs, i del concepte de camp electrostàtic. Després d’introduir les propietats elèctriques de la matèria, es farà èmfasi en el caràcter conservatiu de la càrrega i de la seua quantització. Tot seguit estudiarem la llei de Coulomb, que descriu la força que exerceix una càrrega en una altra. A continuació introduirem el concepte de camp elèctric associat amb una distribució de càrrega i veurem com es pot descriure mitjançant les línies de camp que n’indiquen el mòdul i la direcció. Finalment, estudiarem el concepte de flux del camp elèctric que ens portarà a l’enunciat del teorema de Gauss i les seues aplicacions.

El Curs Interactiu de Física en Internet és un curs de Física general realitzat pel professor Ángel Franco de la Universitat del País Basc. La següent imatge enllaça al bloc dedicat a l’electromagnetisme.

fisica-con-ordenador1La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

Ejercicios tipo investigación (III)/Exercicis tipus investigació (III)

Este tipo de ejercicios plantean problemas abiertos y sin datos numéricos. El alumnado debe elaborar una propuesta de solución preguntándose qué conocimientos necesita para poder plantearla y los datos que se deberían obtener. Algunas situaciones que se adaptarían al tercer bloque de contenidos “Termodinámica” podrían ser las siguientes:

  1. ¿Por qué se forman placas de hielo sobre el asfalto cuando la temperatura es superior a la de congelación del agua?
  2. Un ingeniero dice que ha conseguido diseñar un nuevo motor diésel que consume menos combustible que cualquier otro anterior a su descubrimiento. Dos aspectos del diseño son los responsables de este increíble ahorro: 1) el motor está fabricado completamente de aluminio para reducir el peso del automóvil, y 2) el tubo de escape del motor se utiliza para precalentar el aire hasta los 50 ºC antes de pasar al cilindro para aumentar la temperatura final del gas comprimido. El motor tiene una relación de compresión de 14,5. Se puede considerar el proceso de compresión adiabático y el aire como gas ideal diatómico. ¿Puede ser esto cierto?
  3. La central nuclear de Cofrentes, en la provincia de Valencia, está situada en la margen derecha del río Júcar, dispone de un Reactor de Agua en Ebullición (BWR/6) y produce 1,092 GW de potencia. En el proceso de producción de energía se realizan transformaciones termodinámicas como las estudiadas en este bloque.

Aquest tipus d’exercicis plantegen problemes oberts i sense dades numèriques. L’alumnat ha d’elaborar una proposta de solució preguntant-se què coneixements necessita per a poder plantejar-la i les dades que s’haurien d’obtenir. Algunes situacions que s’adaptarien al tercer bloc de continguts “Termodinàmica” podrien ser les següents:

  1. Per què es fan plaques de gel sobre l’asfalt quan la temperatura és superior a la de congelació de l’aigua?
  2. Un enginyer diu que ha aconseguit dissenyar un nou motor dièsel que consumeix menys combustible que qualsevol altre anterior al seu descobriment. Dos aspectes del disseny són els responsables d’aquest increïble estalvi: 1) el motor està fabricat completament d’alumini per a reduir el pes de l’automòbil, i 2) el tub d’escapament del motor s’utilitza per a escalfar l’aire fins als 50 ºC abans de passar al cilindre per a augmentar la temperatura final del gas comprimit. El motor té una relació de compressió de 14,5. Es pot considerar el procés de compressió adiabàtic i l’aire com a gas ideal diatòmic. Pot ser açò cert?
  3. La central nuclear de Cofrentes, en la província de València, està situada en la marge dreta del riu Xúquer, disposa d’un Reactor d’Aigua en Ebullició (BWR/6) i produeix 1,092 GW de potència. En el procés de producció d’energia es realitzen transformacions termodinàmiques com les estudiades en aquest bloc.

Tema 3. Termodinàmica (III)

En aquesta sessió estudiarem el segon principi de la termodinàmica, el qual analitzarà la falta de simetria en el sentit d’evolució dels sistemes naturals. Aquest fet experimental és determinat per l’entropia que estableix que un sistema aïllat tendeix a evolucionar cap a un estat de màxima entropia fins aconseguir l’equilibri. Continuarem amb diversos enunciats del segon principi de la termodinàmica, l’estudi de les màquines tèrmiques i el rendiment de màquines tèrmiques i refrigeradors. S’acabarà amb l’anàlisi d’una màquina tèrmica ideal: la màquina de Carnot, la importància de la qual és que determina el rendiment màxim de qualsevol màquina tèrmica que treballe entre dos focus de temperatures, i la relació entre la entropia i el segon principi de la termodinàmica.

El Curs Interactiu de Física en Internet és un curs de Física general realitzat pel professor Ángel Franco de la Universitat del País Basc. La següent imatge enllaça a l’apartat dedicat al cicle de Carnot.

fisica-con-ordenador1La bibliografia d’aquest tema i la versió en castellà les podeu consultar ací.

Tema 3. Termodinàmica (II)

Aquesta segona sessió es dedicarà a la definició dels conceptes de sistemes termodinàmics, equació i variables d’estat, processos termodinàmics i formulació del primer principi de la Termodinàmica. Els sistemes termodinàmics poden intercanviar matèria i energia (no només calor sinó també treball) des d’aquests cap l’exterior i al revés. Tractarem el treball termodinàmic com a transferència d’energia entre un sistema i el seu entorn i es desenvoluparà a partir de la definició de treball mecànic. És a dir, com el treball que realitza la força deguda a la pressió d’un fluid sobre un èmbol mòbil.

Tenint en compte les definicions de l’equació i variables d’estat es formula el primer principi de la Termodinàmica que estableix que en tot procés en què se cedeix calor al sistema i aquest fa un treball, l’energia total transferida al sistema és igual al canvi en la seua energia interna. A la vegada, aquest principi representa el principi de conservació de l’energia que posa de manifest els resultats de totes les experiències desenvolupades per a relacionar el treball realitzat per o sobre un sistema termodinàmic, el calor absorbit o cedit i l’energia interna del propi sistema. Per a acabar aquesta sessió, s’estudiaran les diferents transformacions termodinàmiques reversibles per a un gas perfecte o ideal. A partir de les capacitats molars a pressió i volum constant per a gasos ideals, s’establirà la relació de Mayer i s’analitzaran les diferents transformacions termodinàmiques per a processos reversibles en gasos ideals.

El Professor del MIT (Massachussetts Institute of Technology) té un curs de física sencer enregistrat, lògicament en anglés, i podeu escoltar en el següent vídeo la sessió corresponent a la llei de gasos ideals.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/5uHSl7A5GEk" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

La versió en castellà d’aquesta sessió i la bibliografia es poden consultar ací.