Ingeniería

DES:

Programa(s) Educativo(s): Ingeniería Física Tipo de materia:

Obligatoria

Clave de la materia: UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA Semestre: Clave: 08MSU0017H

CI503 5

Área en plan de estudios:

Ciencias de la Ingeniería

Créditos

4

Total de horas por semana: 4 FACULTAD INGENIERÍA Clave: 08USU4053W

Teoría:4 Teoría: Práctica Taller:

PROGRAMA DEL CURSO: NOMBRE DE LA MATERIA

INTRODUCCION A LA FISICA MODERNA

Laboratorio: Prácticas complementarias: Trabajo extra clase: Total de horas semestre:

64

Fecha de actualización:

21/02/2007

Clave y Materia requisito:

CS404

Propósitos del Curso: En este curso el estudiante define, identifica, describe, interpreta, resuelve ejercicios y problemas, y aplica conceptos y principios de la física moderna a problemas de la ingeniería. Al final del curso el estudiante será capaz de: •

Resolver problemas sobre la cinemática y la dinámica relativista.

•

Describir cualitativa y cuantitativamente los efectos cuánticos de los aspectos de partícula y de onda de la radiación electromagnética..

•

Describir cualitativa y cuantitativamente la estructura del átomo de Hidrógeno y de los átomos con múltiples electrones.

•

Describir cualitativa y cuantitativamente y resuelve problemas sbre la física molecular y de estado sólido.

•

Describir cualitativa y cuantitativamente y resuelve problemas sobre efectos y dispositivos cuánticos.

•

Describir cualitativa y cuantitativamente las estructuras nucleares, sus reacciones y dispositivos..

•

Describir cualitativa y cuantitativamente la teoría de las partículas elementales..

COMPETENCIAS

CONTENIDOS (Unidades, Temas y Subtemas)

RESULTADOS DE APRENDIZAJE (Por Unidad) 1

Para todas las unidades:

I. CONCEPTOS BASICOS.

Ciencias Básicas de la I.1 Ingeniería. I.2 Ciencias de la I.3 Ingeniería Física y I.4 Matemática. Uso de Información. I.5 Solución de Problemas. Trabajo en equipo.

El programa de la fisica. El principio de correspondencia. Optica de rayos y optica de ondas. La descripciones de particula y onda en fisica clasica. Velocidades de fase y de grupo.

II. CINEMATICA RELATIVISTA. II.1 El principio de relatividad. II.2 Transformaciones de Galileo. II.3 Covarianza de mecanica clasica bajo transformaciones Galileanas. II.4 Fallas de las transformaciones Galileanas. II.5 El segundo postulado y las transformaciones de Lorente. II.6 Las relaciones de velocidad relativistas. II.7 Intervalos de longitud y de tiempo en la fisica relativista. II.8 La paradoja de los gemelos. II.9 Eventos de espacio-tiempo y el cono de Luz. III. DINAMICA RELATIVISTA: MOMENTO Y ENERGIA. III.1 Momento relativistico. III.2 Energia relativista. III.3 Equivalencia de masa y energia y sistemas fronterizados. III.4 Vector cuadruple de momento-energia. III.5 Relatividad especial y la interaccion electromagnetica. III.6 Calculos y unidades en mecanica relaTivista. IV. LOS ASPECTOS DE PARTICULA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA

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IV.1 Cuantizacion en fisica clasica. IV.2 El efecto fotoelectrico. IV.3 Produccion de rayos-X y radiación de quiebre. IV.4 El efecto Compton. IV.5 Produccion y aniquilación de pares. IV.6 Interacciones foton-electron. IV.7 Absorcion de fotones.

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V. LOS ASPECTOS DE ONDA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA. V.1 V.2 V.3 V.4 V.5 V.6 V.7 V.8 V.9

Ondas de De-Broglie. La ley de Braga. Rayos-X y difracción electronica. El principio de Complementariedad. Interpretacion probabilística de las ondas de De-Broglie. El principio de incertidumbre. Paquetes de onda y la velocidad de onda de De-Broglie. Descripcion cuantica de una particula Confinada. La ecuación de Schrodinger.

VI. LA ESTRUCTURA DEL ATOMO DE HIDROGENO. VI.1 VI.2 VI.3 VI.4 VI.5 VI.6

Dispersión de partículas-α . El modelo planetario clásico. El espectro del Hidrogeno. La teoría de Bohr del Hidrogeno. Éxitos y fallas de la teoría de Bohr. El átomo de hidrogeno y sus funciones de onda de la ecuación de Schrodinger VI.7 Excitación atómica por colision. El ex Perimento de Franck-Hertz.

VII. ATOMOS CON MULTIPLES ELECTRONES. VII.1 Constantes de movimiento en systeclásicos. VII.2 Cuantización del momento orbital anGular. VII.3 Átomos tipo Hidrógeno. VII.4 Cuantización del componente del momento angular. VII.5 El efecto Zeeman normal. VII.6 Espin del electrón. VII.7 Teoría cuántica de los átomos de un solo electrón. VII.8 El experimento Stern-Gerlach. VII.9 El principio de exclusión de Pauli y la tabla periódica. VIII. EFECTOS CUÁNTICOS Y DISPOSITIVOS. VIII.1 Conductividad y superconductividad. VIII.2 La teoría de bandas de solidos: Conductores, aisladores y semiconductores VIII.3 Dispositivos semiconductores. VIII.4 El Laser. VIII.5 Probabilidades de emisión esponTánea y estimulada. VIII.6 Holografía.

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IX. ESTRUCTURA NUCLEAR. IX.1 IX.2 IX.3 IX.4 IX.5 IX.6

Los constituyentes nucleares. Fuerzas entre nucleones. El deuteron. El núcleo estable. El radio del núcleo. La energía de enlace de un nucleido estable. IX.7 La ley de decaimiento radiactivo. IX.8 El decaimiento Gamma. IX.9 El decaimiento alfa. IX.10 El decaimiento Beta. X. REACCIONES Y DISPOSITIVOS NUCLEARES. X.1 Reacciones nucleares de baja energía. X.2 La energética de reacciones nucleares. X.3 Conservación de momento y el umbral de las reacciones nucleares. X.4 La sección cruzada de una reacción nuclear. X.5 El núcleo compuesto y los niveles de energía nucleares. X.6 Fisión nuclear. X.7 Neutrones y reactores nucleares. X.8 Fusión nuclear. X.9 Ionización y absorción de radiación nuclear. X.10 Detectores de radiación nuclear. X.11 Dispositivos de trazamiento y grabado. X.12 Dispositivos para medición de VelociDad, momento y masa. X.13 Aceleradores nucleares. X.14 Rayos de colisión (Sincrotrones). XI. LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES. XI.1 La interacción electromagnética. XI.2 Interacciones fuerte, débil y gravitacional. XI.3 Propiedades de partículas fundamentales observadas. XI.4 Leyes de conservación universalmente Válidas. XI.5 Leyes de conservación adicionales para interacciones fuertes y electronéticas. XI.6 Partículas resonantes. XI.7 Quarks: partículas subhadrónicas.

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METODOLOGÍA 1. Para cada Unidad, se presenta una introducción por parte del maestro, utilizando un organizador previo temático. 2. Se entrega el material gráfico para su lectura Se diseña un cuestionario para el manejo de los contenidos y debe entregarse una copia al maestro al inicio de la clase, este producto se utiliza para la discusión de tema por equipo y para el resto del grupo. 3. La discusión y el análisis se propicia a partir del planteamiento de una situación problemática, dónde el estudiante aporte alternativas de solución o resolver un ejercicio dónde aplique conceptos ya analizados. 4. Se complementa cada tema de unidad con la utilización de los paquetes computacionales de simulación tales como Simfis, Matlab y/o Matemática. 5. Se programan prácticas de laboratorio para cada tema. •

Métodos Centrado en la tarea

Estrategias Trabajo de equipo en la elaboración de tareas, planeación, organización, cooperación en la obtención de un producto para presentar en clase.

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Inductivo

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Deductivo

• • • • • •

. •

Sintético

Observación Comparación Experimentación Aplicación Comprobación Demostración • • • • • •

Recapitulación Definición Resumen Esquemas Modelos matemáticos Conclusión

Técnicas • Lectura • Lectura comentada • Expositiva • Debate dirigido • Diálogo simultáneo Material de Apoyo didáctico: Recursos • Manual de Instrucción • Prácticas de laboratorio • Materiales gráficos: artículos, libros, diccionarios, etc. • Cañón • Rota folio • Pizarrón, pintarrones • Proyector de acetatos • Modelos tridimensionales

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EVIDENCIAS DE DESEMPEÑO

CRITERIOS DE DESEMPEÑO

Se entrega por escrito:

Los resúmenes deberán abarcar la totalidad del contenido programado para dicha actividad. Elaboración de resúmenes. Los cuestionarios se reciben si están completamente Cuestionarios. contestados, no debe faltar pregunta sin responder. Contenidos de exposiciones. Las exposiciones deberán presentarse en un orden lógico. Trabajos por escrito con estructura IDC Introducción resaltando el objetivo a alcanzar, desarrollo (Introducción, desarrollo conclusión). temático, responder preguntas y aclarar dudas y finalmente Exámenes escritos. concluir. Entregar actividad al grupo para evaluar el contenido Producto de prácticas de laboratorio. expuesto. Los trabajos se reciben si cumplen con la estructura requerida, es muy importante reportar la s referencias bibliográficas al final en estilo APA.

FUENTES DE INFORMACIÓN (Bibliografía/Lecturas por unidad)

ELEMENTARY MODERN PHYSICS. Richard T. Weidner, Robot L. Sells Allyn and Bacon, Inc. FISICA MODERNA. Raymond A. Serway, Clement J. Moses Ed. Thomson. CURSO DE FISICA MODERNA. Virgilio Acosta, C. L. Cowan, B.J. Gram. HARLA , México

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES (Criterios e instrumentos) Se toma en cuenta para integrar calificaciones parciales: • 3 exámenes parciales escritos donde se evalúa conocimientos, comprensión y aplicación. Con un valor del 30%, 30% y 40% respectivamente La acreditación del curso se integra: • Exámenes parciales: 70% • Laboratorios y/o prácticas: 20% • Cuestionarios, resúmenes, participación en exposiciones, discusión individual, por equipo y grupal 10%. • Asistencia: 0% Nota: para acreditar el curso se deberá tener calificación aprobatoria tanto en la teoría como en las prácticas. La calificación mínima aprobatoria será de 6.0

Cronograma del Avance Programático S e m a n a s Unidades de aprendizaje

I. CONCEPTOS BASICOS II. . CINEMATICA RELATIVISTA III. DINAMICA RELATIVISTA: MOMENTO Y

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ENERGIA

IV. LOS ASPECTOS DE PARTICULA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA V. LOS ASPECTOS DEONDA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA. VI. . LA ESTRUCTURA DEL ATOMO DE HIDROGENO. VII. ATOMOS CON MULTIPLES ELECTRONES.

VIII. EFECTOS CUÁNTICOS Y DISPOSITIVOS. IX. ESTRUCTURA NUCLEAR X. REACCIONES Y DISPOSITIVOS NUCLEARES XI. LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

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