UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ÁREA: CIENCIAS BÁSICAS Y MATEMÁTICAS Programa de la asignatura de: FÍSICA MODERNA CARRERA:

INGENIERÍA MECÁNICA MODULO: TERCERO DURACIÓN DEL CURSO SEMANAS: 32 HORAS TOTALES: 96 HORAS A LA SEMANA: 3 NÚMERO DE CRÉDITOS: 12 LABORATORIO: SI OBLIGATORIA: OPTATIVA: SI NO

Es requisito indispensable para acreditar una materia que incluye prácticas de laboratorio, que el alumno apruebe las prácticas correspondientes. Este criterio es obligatorio para las evaluaciones ordinaria, extraordinaria y extraordinaria de regularización. Seriación obligatoria antecedente: ninguna Seriación obligatoria consecuente: Electrónica OBJETIVO DEL CURSO: Al finalizar el curso el estudiante, aplicará los conceptos básicos de la Física Moderna no relativista y de la Mecánica estadística, en el análisis de los modelos Mecánicos cuánticos que se manejan en los dispositivos Electrónicos de Estado Sólido. TEMAS DEL PROGRAMA DE FÍSICA MODERNA CAPITULO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TITULO ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. ÓPTICA GEOMÉTRICA ÓPTICA FÍSICA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD. NOCIONES DE MECÁNICA CUÁNTICA. MECÁNICA CUÁNTICA. FÍSICA NUCLEAR. MATERIALES SÓLIDOS CRISTALINOS. SUPERCONDUCTIVIDAD. ESTADISTICA CUANTICA

HORAS 6 7 7 16 10 10 10 10 10 10 TOTALES 96

% 6% 7% 7% 17% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 100%

% ACUM. 6% 14% 21% 38% 48% 58% 69% 79% 90% 100%

CONTENIDO DEL PROGRAMA DE FÍSICA MODERNA CAPITULO 1. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. Objetivo. El alumno comprenderá la naturaleza de las Ondas electromagnéticas aplicando las leyes de Maxwell. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10.

Leyes de Maxwell. Ondas electromagnéticas (o.e.m.). Ondas armónicas. Velocidad de grupo. Ondas planas. Polarización. Propagación de energía y momento. Presión de radiación. Vector de Poynting. Dipolo eléctrico oscilante.

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CAPITULO 2. ÓPTICA GEOMÉTRICA. Objetivo. El alumno explicará la reflexión y la refracción de los rayos luminosos en los instrumentos ópticos. 2.1. La óptica geométrica vs. La óptica física. 2.2. Rayos. 2.3. Principio de Huygens. 2.4. Reflexión y refracción de ondas Planas y esféricas. 2.5. Reflexión total interna. 2.6. Ley de Brewster. 2.7. Superficies refringentes esféricas. 2.8. Lentes delgadas. 2.9. Instrumentos ópticos (lupa, microscopio telescopio astronómico). CAPITULO 3. ÓPTICA FÍSICA. Objetivo. El alumno describirá como se emite, cual es la composición, como se modifica y/o se absorbe un rayo luminoso. 3.1. Interferencia de ondas producidas por dos fuentes sincrónicas. 3.2. Experimento de Young. 3.3. Interferencia de dos rendijas (técnica de favores). 3.4. Interferencia por N rendijas. 3.5. Cavidades resonantes y guías de onda. 3.6. Difracción de Frauwnhofer. 3.7. Rendijas rectangulares y/o circulares. 3.8. Rendijas múltiples. 3.9. redes de difracción. 3.10. Criterios de resolución. CAPITULO 4. TEORÍA DE LA RELATIVIDAD. Objetivo. El alumno describirá los fenómenos del efecto fotoeléctrico y el de ondas de materia, que contradicen la mecánica clásica. 4.1. El principio de la relatividad Newtoniana. 4.2. El experimento de Michelson-Morle. 4.3. Principio de la relatividad de Einstein. 4.4. La teoría de la relatividad especial. 4.5. Transformación de Lorente. 4.6. La dilatación del Tiempo. 4.7. Contracción de longitudes. 4.8. Adición de velocidades. 4.9. Momento relativista y forma relativista de las leyes de Newton. 4.10. Energía relativista. 4.11. Equivalencia de la masa y la energía. 4.12. Relatividad y electromagnetismo. 4.13. Nociones de relatividad general. CAPITULO 5. NOCIONES DE MECÁNICA CUÁNTICA. Objetivo. El alumno explicará los conceptos principios y leyes fundamentales de la mecánica cuántica, así como la estructura y organización de los átomos, identificando aplicaciones prácticas de la interacción entre la materia y la radiación. 5.1. Radiación de cuerpo negro e hipótesis de Planck. 5.2. El efecto fotoeléctrico y el efecto Comton. 5.3. Aplicaciones del efecto fotoeléctrico. 5.4. Espectros atómicos. 5.5. Modelo cuántico de Bohr. 5.6. Átomo de Rutherford. CAPITULO 6. MECÁNICA CUÁNTICA. Objetivo. El alumno resolverá problemas relativistas desde un punto de vista cuán tico, conociendo las propiedades ondulatorias, y los fenómenos que se desarrollan en los átomos, moléculas, Núcleos y sólidos, utilizando la notación relativista, el lenguaje de la teoría de grupos y del álgebra. 6.1. Fotones y ondas electromagnéticas. 6.2. Dualidad onda partícula.

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6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.7.1. 6.7.2. 6.8.

Las propiedades ondulatorias de la materia. Ondas, paquetes de ondas y principio de incertidumbre. Función de onda y su interpretación probabilística. Ecuación de Schödinger y el pozo cuadrado infinito. Efecto túnel. Tunelaje a través de una barrera. Diodo túnel. Aplicaciones (el láser, microscopio de tunelaje exploratorio, microscopio electrónico de barrido). 6.9. Técnicas de caracterización química (Infrarrojo y ultravioleta).

CAPITULO 7. FÍSICA NUCLEAR. Objetivo. El alumno comprobará, mediante técnicas experimentales y teóricas recientes, que los átomos y moléculas funcionan como sistemas fundamentales de prueba de los principios de física. 7.1. El núcleo atómico. 7.2. El átomo de Hidrógeno. 7.3. Ley de Radioactividad. 7.4. Impulso angular orbital y de spin. 7.5. Efecto Zeeman. 7.6. Principio de exclusión de Pauli. 7.7. Unión Josephson. 7.8. Fusión y Fisión y la Tabla periódica. 7.9. Espectros atómicos (visible y rayos X). 7.10. Decaimiento alfa, beta, y gamma. 7.11. Transiciones atómicas. 7.12. Láseres y holografía. 7.13. Aplicaciones (producción de energía por fusión y fisión, perfilaje en pozos petrolíferos, resonancia magnética). CAPITULO 8. MATERIALES SÓLIDOS CRISTALINOS. Objetivo. El alumno explicará las características de los sólidos cristalinos como sistemas fundamentales de los semiconductores y superconductores. 8.1. Enlaces moleculares. 8.2. Enlace iónico. 8.3. Enlace covalente. 8.4. Enlaces de Van Der Waals. 8.5. Enlace de Hidrógeno. 8.6. Enlaces sólidos. 8.7. Cohesión cristalina y correlación con propiedades físicas de los materiales. 8.8. Teorías de bandas de sólidos. 8.9. Teoría de electrones libres. 8.10. Energía de Fermi. 8.11. Metales, aislantes, semiconductores, semiconductores dopados (con impurezas) y superconductores. 8.12. Teoría cuántica de la conducción eléctrica. 8.13. La unión p-n rectificadora. 8.14. Láser de semiconductor. 8.15. Diodos emisores de luz. 8.16. Transistores unión pnp y npn. 8.17. El circuito integrado. CAPITULO 9. SUPERCONDUCTIVIDAD. Objetivo. El alumno explicará, el comportamiento de las propiedades electromagnéticas básicas de los superconductores, aplicándolas a los fenómenos de la superconductividad en óxidos metálicos, así como describirá las ultimas concepciones del estado de la materia. 9.1. Propiedades de los superconductores tipo I. 9.2. Propiedades de los superconductores tipo II. 9.3. Calor específico electrónico. 9.4. La teoría BCS. 9.5. Mediciones de la brecha de energía.

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9.6. Tunelaje. 9.6.1. Efecto Josephson de cd. 9.6.2. Efecto Josephson de ca. 9.7. Superconductividad de alta temperatura. 9.8. Aplicaciones. CAPITULO 10. ESTADÍSTICA CUANTICA. Objetivo: El alumno determinará la importancia de la estadística cuántica, en el análisis del comportamiento de los gases para determinar el calor específico de un sólido. 10. 1 Introducción. 10.2 Indistinguibilidad de partículas y simetría de la función de onda. 10.3 Equilibrio estadístico. 10.3.1 Distribución de Maxwell-Boltzmann. 10.3.2 Distribución de Fermi-Dirac. 10.3.3 Distribución de Bose-Einstein 10.4 Gas Ideal Clásico. Limites de alta temperatura y/o baja densidad en las estadísticas de Fermi-Dirac y Bose-Einstein. 10.5 Gas de fotones. Emisión simulada Lásers y Máseres. 10.6 Gas de fotones. Calor especifico de un sólido. 10.7 Sistemas de Bose-Einstein a baja Temperatura. Condensación de Bose-Einstein y Helio Líquido.

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición oral Búsqueda de información documental por parte del alumno. Técnicas grupales para la resolución de ejercicios. Tareas y trabajos extra clase. Utilización de recursos audiovisuales y de tecnología de punta. Exposiciones por parte del alumno. Participación del alumno en clase. Participación activa del alumno en la construcción de su conocimiento. Seminarios. X Taller para la solución de Problemas. X Practicas de Laboratorio. Practicas de campo. Otras: X X X X X X X X

ELEMENTOS DE EVALUACIÓN X X X X X X X X

Participación en clase. Ejercicios y trabajos realizados en el Taller. Trabajos y tareas extra clase. Exposición de temas de investigación en forma grupal e individual. Practicas de laboratorio reportadas por escrito. Participaciones. Examen por parciales. Examen departamental. Otros

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PERFIL DEL DOCENTE CONOCIMIENTOS Física cuántica

EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES

Haber trabajado en el área

Domino de la asignatura

Haber impartido clase.

Manejo de grupos Comunicación (transmisión de conocimiento).

ACTITUDES Ética. Honestidad.

Electricidad Formación pedagógica.

Capacidad de análisis y síntesis.

Compromiso con la docencia. Crítica Fundamentada. Respeto y Tolerancia.

Manejo de materiales didácticos.

Responsabilidad Científica.

Creatividad. Liderazgo. Capacidad para realizar analogías y comparaciones en forma simple.

Superación personal, docente y profesional. Espíritu cooperativo.

Capacidad para motivar al Auto Estudio, el Razonamiento y la investigación.

Puntualidad. Compromiso social.

BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Artur Beiser. Perspectivas of Modern Physics. Mc Graw-Hill. 1969 Marcelo Alonso-Edward J. Finn. Física Vol. II y III. Addison Wesley. 1971 J. P. Mc Kelvey. Física del Estado Sólido y de Semiconductores. Limusa. 1976 Halliday-Resnick. Fundamentos de Física. Versión ampliada. Cecsa. Tipler. Física. Vol. II. Robert Eisberg-Robert Resnick. Física Cuántica. Limusa. 1991 Tipler. Física Moderna. Acosta. Física Moderna. Marcelo Alonso-Edward J. Finn. Fundamentos Cuánticos y Estadísticos. Addison Wesley. 1971 10. Jasprit Singh. Modern Physics for Engineers. Wiley. 1999 11. B. S. Chandrasekhar. Why things are the way they are. Cambridge. 1999

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