FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA
GRADO I. I. Tecnologías Informáticas
Prof. Norge Cruz Hernández
Tema 0. Presentación de la asignatura.
0.1 ¿Quién es el profesor? y ¿Qué nos impartirá?
0.2 Temario de la asignatura.
0.3 Exámenes y reglas del juego.
0.4 Preguntas para obtener puntos extras. Preguntas de reto.
0.1 ¿Quién es el profesor? y ¿Qué nos impartirá?
Asignatura: Fundamentos Físicos de la Informática
Año del plan de estudio: 2010
Asignatura cuatrimestral (segundo cuatrimestre).
Primer cuatrimestre (Febrero-Junio): Electromagnetismo, Circuitos de Corriente Continua y Alterna, Ondas electromagnéticas, Semiconductores y dispositivos básicos. (6 créditos ECTS).
Profesor: Dr. Norge Cruz Hernández (http://www.personal.us.es/norge/ )Despacho: G0.40E-mail: [email protected]
0.2 Temario de la asignatura.
Tema 0. Magnitudes físicas y vectores. (1 hora)0.1 Introducción0.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional0.3 Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores.0.4 Suma de vectores. Componentes de un vector. Vectores unitarios.0.5 Producto escalar y vectorial.
Tema 1. Electrostática. (8 horas)Ley de Coulomb, Campo eléctrico de una carga puntual, Potencial y energía potencial, Campo eléctrico y potencial de distribuciones de Carga, Ley de Gauss, Campos electrostáticos uniformes, Conductores en equilibrio en el campo electrostático, Condensadores, Dieléctricos, Energía del campo eléctrico.
Tema 2. Circuitos de corriente continua. (6 horas)Corriente eléctrica. Intensidad, Ley de Ohm, Resistencia, Ley de Joule, Fuerza Electromotriz, Leyes de Kirchhoff, Transitorio RC.
Tema 3. Magnetostática (6 horas)Campo magnético, Fuerza de Lorentz y Aplicaciones, Fuerza sobre conductores, Ley de Biot-Savart , Ley de Ampère, Campos magnéticos de interés, Magnetismo en la materia.
Tema 4. Campos variables en el tiempo (5 horas)Ley de Faraday-Lenz, Autoinducción e inducción mutua, Energía asociada al campo magnético, Transitorio RL.
Tema 5. Circuitos de corriente alterna (6 horas)Generador de corriente alterna, Aspectos generales de señales armónicas, Fasores (resistencias, condensadores y bobina en corriente alterna), Impedancia, Potencia en corriente alterna, Leyes Kirchhoff, Estudio de circuitos elementales en función de la frecuencia.
Tema 6. Ondas electromagnéticas (6 horas)Conceptos generales, Ondas armónicas, Interferencia y difracción, Ondas estacionarias, Ley de Ampère-Maxwell, Características de las ondas electromagnéticas, Intensidad de ondas electromagnéticas, Generación y recepción de ondas electromagnéticas, El espectro electromagnético.
Tema 7. Dispositivos semiconductores (3 horas)Conductores, semiconductores y aislantes, Unión pn en equilibrio, Descripción cualitativa de las corrientes en la unión PN polarizada, Ecuación del diodo, Transistor MOSFET.
0.3 Exámenes y reglas del juego (Teoría).
ExámenesFinal del cuatrimestre: 10 puntos
12 Preguntas
6 de los temas 1, 2 y 3- 5 preguntas cortas- 1 pregunta de desarrollo
6 de los temas 4, 5, 6 y 7- 5 preguntas cortas- 1 pregunta de desarrollo
Parcial 1:Examen de los temas 1, 2 y 3. Para tenerlo en cuenta es necesario obtener más de 5 puntos (5 preguntas cortas y 1 pregunta de desarrollo).
Parcial 2:Examen de los temas 4, 5, 6 y 7. Para tenerlo en cuenta es necesario obtener más de 5 puntos (5 preguntas cortas y 1 pregunta de desarrollo).
FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA
GRADO I. I. Tecnologías Informáticas
Prof. Norge Cruz Hernández
Tema 0. Magnitudes Físicas y Vectores.
Tema 0. Magnitudes Físicas y Vectores.
0.1 Introducción
0.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional
0.3 Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores.
0.4 Suma de vectores. Componentes de un vector. Vectores unitarios.
0.5 Producto escalar y vectorial.
Bibliografía
Clases de teoría:- Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11.
Clases de problemas:- Boletín de problemas.
0.2 Magnitudes físicas. Unidades. Análisis dimensional.
Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física.
Al medir una cantidad, siempre la comparamos con un estándar de referencia. Este estándar define una unidad de la cantidad. Por ejemplo: Si decimos que el largo de una mesa es 4.62 m, queremos decir que es 4.62 veces más largo que una unidad de medida, que en este caso es un metro. De esta forma, decir que la mesa mide 4.62 no tiene significado, será necesario decir la unidad, es decir, la mesa mide 4.62 m.
El sistema de unidades empleado por los científicos e ingenieros en todo el mundo se le conoce desde 1960 con el nombre de : “Sistema Internacional, o SI”
Tiempo: La unidad actual (desde 1967) se basa en un reloj atómico que usa la diferencia de energía entre los dos estados más bajos del átomo de cesio. Al bombardearse con microondas de cierta frecuencia exacta, el átomo sufre una transición entre dichos estados. Se define un segundo como el tiempo que tardan 9,192,631,770 ciclos de esta radiación.
Longitud: En la actualidad, el metro se define como la distancia que recorre la luz a la velocidad en el vacío (299,792,458 m/s) durante un tiempo igual a 1/299,792,458 segundos.
Masa: El estándar de masa es el kilogramo, y se define como la masa de cierto cilindro de aleación platino-iridio guardado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París. El gramo (que no es una unidad fundamental) es 0.001 kilogramos.
Prefijos de unidades: Definidas las unidades fundamentales, es fácil introducir unidades adicionales más grandes o más pequeñas para las mismas cantidades. Los nombres de las unidades adicionales se obtienen agregando un prefijo al nombre de la unidad fundamental.
Longitud: 1 nanómetro = 1 nm = 10-9 m 1 micrómetro = 1 µm= 10-6 m1 milímetro = 1 mm= 10-3 m1 centímetro = 1 cm = 10-2 m1 kilómetro = 1 km = 103 m
Masa: 1 microgramo = 1 µg = 10-6 g = 10-9 kg1 miligramo = 1 mg= 10-3 g = 10-6 kg1 gramo = 1 g = 10-3 kg
Tiempo: 1 nanosegundo = 1 ng = 10-9 s 1 microsegundo= 1 µs= 10-6 s 1 milisegundo = 1 ms=10-3 s
Consistencia y conversiones de unidades: Las ecuaciones planteadas deben ser dimensionalmente consistentes. No podemos sumar manzanas y coches; solamente podemos sumar manzanas con manzanas y coches con coches.
Por ejemplo: un cuerpo que viaja a velocidad v recorrerá una distancia d durante el intervalo de tiempo t, en forma de ecuación se escribirá:
vtd Si sustituimos las unidades correspondientes a cada variable, debe ocurrir que ambos miembros de la ecuación serán consistentes. Así,
ssmm m
Magnitud física Unidad Abreviatura
Longitud
Masa
Tiempo
Temperatura
Corriente eléctrica
Cantidad de materia
Unidades fundamentales del SI
metro m
kilogramo kg
segundo s
kelvin K
amperio A
mol mol
Unidades suplementarias del SI
Unidades suplementarias y derivadas del SI
Unidades derivadas
Indique las dimensiones y unidades (nombre y símbolo) en el SI (Sistema Internacional) de las de las siguientes magnitudes físicas:
magnitud dimensiones
unidades
magnitud dimensiones
unidades
nombre símbolo nombre símbolo
longitud [L] metro m fuerza
masa presión
tiempo energía
superficie potencia
volumen calor
densidad
temperatura
velocidad ángulo
aceleración
velocidad angular
[M] kilogramo kg
[T] segundo s
[L2] metro cuadrado m2
[L3] metro cúbico m3
[M] [L-3]kilogramo pormetro cúbico kg/m3
[L] [T-1]metro porsegundo m/s
[L] [T-2] metro porsegundo cuad. m/s2
[M] [L] [T-2] Newton N
[M] [L-1] [T-2] Pascal Pa
[M] [L2] [T-2] Julio J
[M] [L2] [T-3] Watio W
[M] [L2] [T-2] Julio J
[θ] Kelvin k
adimensional radianes rad
[T-1] radianes por segundo
rad/s
0.3 Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores.
Cantidad escalar: Son cantidades físicas que se pueden describir plenamente con un número y una unidad.
Cantidad vectorial: Son cantidades físicas que se tienen que describir con varios números: magnitud (el “qué tanto”) y dirección.
Vectores paralelos: Son los vectores que tienen la misma dirección.
a
b
La magnitud de un vector es el módulo del vector : a
Vectores iguales: son los vectores que tienen igual dirección, magnitud y sentido.
a
b
ba
Vectores antiparalelos: son dos vectores con igual dirección y sentidos opuestos, independientemente de las magnitudes de estos.
a
b
Negativo de un vector: un vector es el negativo de otro vector cuando tienen igual magnitud, dirección, y sentidos opuestos. Es un caso particular de un vector antiparalelo.
a
b
ba
Suma de vectores: La suma de un vector A y un vector B se obtiene al colocar A, y a continuación B, y el vector suma será el vector que se origina en la cola de A y se dirige a la cabeza de B.
a
b
bac
c
a
b
0.4 Suma de vectores. Componentes de un vector. Vectores unitarios.
La suma de dos vectores es conmutativa.
abba
ca
b
b
a
a
b
a
b
La resta de dos vectores
ba
a
b
)( ba
a
b
a
b
ba
El producto de un escalar por un vector.
a
2
a a
2
a
Componentes de un vector
y
A
xOyA
xA
A
yA
xA
yx AAA
Cada vector componente tiene la dirección de un eje de coordenadas, así solamente necesitamos un número para describirlo. De esta forma, cada vector A se puede definir como el par (Ax,Ay), conociendo además la dirección y sentido de cada vector componente.
cosAAx
AsenAy
22yx AAA
x
y
A
Aarctan
Suma de vectores a través de sus componentes
y
xO
A
y
xO
B
yA
xA
yB
xB
y
xO
A B
C
yA
xA
yB
xB
yyy BAC
xxx BAC
y
xO
Vector unitario: es un vector con magnitud 1, sin unidades. Su único fin es establecer una determinada dirección.
y
xO
A
j
i
jAiAA yxˆˆ
BAC
jBiBjAiAC yxyxˆˆˆˆ
jBAiBAC yyxxˆˆ
0.5 Producto escalar y vectorial.
Producto escalar: Se define el producto escalar entre dos vectores A y B como la magnitud de A multiplicada por la componente de B paralela a A. El resultado será un valor escalar y se denota como:
BA
En forma numérica esta definición se escribe de la forma:
BABABA
,cos
A
B
00 1800
AB
el producto escalar es conmutativo
Producto escalar empleando los vectores unitarios
BA
kAjAiAA zyxˆˆˆ
kBjBiBB zyxˆˆˆ
kBjBiBkAjAiA zyxzyxˆˆˆˆˆˆ
x
y
zA
B
kkBAjkBAikBA
kjBAjjBAijBA
kiBAjiBAiiBA
zzyzxz
zyyyxy
zxyxxx
ˆˆˆˆˆˆ
ˆˆˆˆˆˆ
ˆˆˆˆˆˆ
x
y
z
i
jk
1ˆˆˆˆˆˆ kkjjii
0ˆˆˆˆˆˆ kjkiji
zzyyxx BABABABA
Top Related