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.

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 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.

La 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.

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.

La 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" /]

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.

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

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.

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

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.

La bibliografia d’aquest tema i la versió en castellà les podeu consultar ací.

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.

Per què puja el globus quan l’aire que té a l’interior s’escalfa? Per què hem de tenir en compte els esforços tèrmics en les construccions d’enginyeria? Què és la temperatura?

La termodinàmica és la part de la física que tracta la descripció dels fenòmens relacionats amb la calor i la temperatura a nivell macroscòpic. El comportament dels sistemes s’expressa en termes de propietats generals com la temperatura, la pressió, el volum i el flux de calor.

S’iniciarà aquest bloc amb la definició del concepte de temperatura i d’equilibri tèrmic, que ens conduirà a la definició del principi zero de la termodinàmica. A partir de la definició de temperatura, es discuteixen algunes magnituds termomètriques la variació de les quals està relacionada amb un canvi de temperatura (termòmetres i escales de temperatura). Així s’estableix que la calor és l’energia transferida entre dos cossos o entre un cos i el seu entorn com a conseqüència de la diferència de temperatures entre ambdós. La termodinàmica estableix que el flux de calor es produeix des del sistema de major temperatura cap al de menor temperatura fins arribar a l’equilibri tèrmic (i mai en el sentit contrari).

Una qüestió important en enginyeria civil que es tracta també en aquesta sessió és el fenomen de la dilatació tèrmica. Aquest fet s’ha de tenir en compte, per exemple, en els ponts on és usual utilitzar juntes de dilatació per a evitar o minimitzar els esforços d’origen tèrmic. A més a més, es posarà èmfasi en el comportament anòmal de l’aigua entre 0 ºC i 4 ºC. A continuació, s’analitzen els fenòmens de la propagació de la calor focalitzant el seu estudi al mecanisme de conducció. Aquest és un cas de física aplicada a la construcció on s’ha d’aïllar tèrmicament els edificis per a complir la normativa d’eficiència energètica que marca el codi tècnic de l’edificació. La llei de Fourier per a una pared plano-paral·lela relaciona el flux de calor que s’estableix en el règim estacionari i es pot deduir la corresponent llei per a una geometria cilíndrica i esfèrica. Es descriu breument la transferència de calor pels mecanismes de convecció i radiació així com les seus principals característiques.

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 calor i temperatura.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/sr0yMWdWie0" width="480" height="360" wmode="transparent" /]

S’acabarà la primera sessió amb l’estudi de la capacitat calorífica, la calor específica i el calor latent de fusió i vaporització. Es defineix la capacitat calorífica d’una substància com l’energia tèrmica necessària per a augmentar en un grau la seua temperatura. S’analitzen els canvis de fase, la principal propietat de la qual és que el canvi d’estat d’una substància es produeix sense variació de temperatura. La versió en castellà i la bibliografia d’aquest bloc es pot consultar ací.

L’última sessió d’aquest bloc es dedica a l’estudi de les ones sonores. Definirem el so i analitzarem la seua propagació. S’obtindrà la velocitat del so en funció del medi de propagació, així com les característiques del so d’intensitat, potència i pressió acústica. També es definiran els nivells d’intensitat acústica, de potència acústica i de pressió acústica. Finalment, s’analitzarà que succeeix quan un emissor i receptor es troben en moviment relatiu en relació amb el medi en què es propaga l’ona. Aquest fenomen s’anomena efecte Doppler. Exemples quotidians són el canvi de to d’un cotxe de policia o ambulància quan se’ns apropa o se’ns allunya.

Quan una font es mou a major velocitat que la de propagació de l’ona emesa, les ones es concentren rere la font i formen el que s’anomena una ona de xoc. En el cas de les ones sonores, quan l’ona de xoc arriba al receptor es percep una mena d’espetec.

En el següent vídeo podeu escoltar i veure diversos espetecs d’avions supersònics (extret de YouTube on podeu trobar més exemples).

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/6o0zmafxTmE" width="640" height="480" wmode="transparent" /]

Els terratrèmols produeixen vibracions en el terreny i una part d’energia d’aquest s’emet en forma d’ones sísmiques. Aquestes ones fan vibrar el terreny al llarg d’un interval de freqüències ampli. Per aquesta raó és molt important identificar les àrees susceptibles de patir danys importants per terratrèmols i complir amb les corresponents normatives de seguretat en les construccions de ponts, esculleres i edificis.

La bibliografia d’aquest bloc i la versió en castellà les podeu consultar ací.