Física I

Como resultado da aprendizaxe os estudantes serán capaces de coñecer e comprender os conceptos básico sobre as leis xenerais do electromagnetismo. Analizarán e resolverán circuítos de corrente continua e alterna, así como coñecerán os fundamentos da electrónica e os circuítos básicos con amplificadores operacionais. Adquirirán a capacidade para resolver problemas que involucran cuestións de electromagnetismo e circuítos no ámbito da Enxeñaría Robótica. Conseguirán destrezas para aplicar o método científico con rigor nas medicións e cálculos e na elaboración de informes de laboratorio. Farase fincapé na análise de incertezas e na presentación correcta dos resultados experimentais.

A memoria do título contempla para esta materia os seguintes contidos:

Campo eléctrico. Corrente eléctrica. Campo magnético. Indución magnética. Circuítos de corrente continua e alterna. Ondas electromagnéticas. Introdución á electrónica e circuítos básicos con amplificadores operacionais.

Estes contidos teóricos serán desenvoltos de acordo co seguinte temario:

BLOQUE TEMÁTICO I: ELECTROMAGNETISMO.

Distribución de horas neste bloque:
Horas presenciais: 14 expositivas, 7 de seminarios, 8 de laboratorio, 2 de titorías.
Horas non presenciais: 34 expositivas, 8 de seminarios, 7 de laboratorio, 4 de titoría en grupo, 4 de titoría personalizada, 5 de avaliación e revisión.


TEMA 1. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS..
Introdución. Carga eléctrica. Distribucións de carga eléctrica. Lei de Coulomb. Campo eléctrico. Principio de superposición. Liñas de campo. Fontes escalares de campo: lei de Gauss. Aplicación da lei de Gauss. Traballo, enerxía e potencial electrostático. Superficies equipotenciais. Ecuación de Poisson e de Laplace. Enerxía en función do campo eléctrico. Estudo do dipolo eléctrico. Materiais condutores. Teoremas de Faraday e de Coulomb. Condensadores: tipos e asociacións. Enerxía almacenada nun condensador.- Materiais dieléctricos. Polarización dun dieléctrico. Xeneralización da lei de Gauss. Vector de desprazamento eléctrico. Relación constitutiva.- Condensador recheo dun dieléctrico. Forza de Lorentz e implicacións. Diferenzas entre campo eléctrico e magnético. Liñas de campo magnético. Fluxo magnético. Forza magnéticas sobre un condutor que transporta corrente. Exemplos. Fontes de campo magnético. Lei de Biot-Savart. Lei de Ampere. Leyide Faraday. Aplicacións. Indutancia mutua. Indutores. Asociación. Enerxía almacenada en una bobina


TEMA 2. CORRENTE CONTINUA.
Introdución: magnitudes fundamentais. Intensidade e densidade de corrente. Ecuación de continuidade. Relación constitutiva: lei de Ohm. Condutividade e resistencia eléctrica. Potencia e enerxía eléctrica: lei de Joule. Elementos activos ideais e reais: xeradores de tensión e de corrente. Receptores e forza contraelectromotriz. Asociación de elementos activos e pasivos. Concepto de circuíto eléctrico. Teoría de circuítos de corrente continua: ecuación do circuíto e leis de Kircchoff. Métodos de resolución de circuítos: correntes de malla e tensións nos nós. Teorema de superposición. Teoremas de Thèvenin e Norton. Teorema de máxima transferencia de potencia. Balance de potencias.


TEMA 3. CORRENTE ALTERNA .
Introdución. Sinais variables no tempo: elección sinusoidal. Xeración de sinais variables sinusoidais: fem alterna. Propiedades: valor medio e eficaz. Comportamento dos compoñentes básicos fronte a sinais alternas: resistencias, condensadores e bobinas. Representación fasorial das sinais alternas sinusoidais. Elementos pasivos: asociacións. Elementos activos: asociación e conversión. Potencia e enerxía: potencia complexa. Factor de potencia a súa corrección.- Resonancia e antirresonancia. Asociación de elementos activos e pasivos.- Teoría de circuítos de corrente alterna: leis de Kirchhoff fasoriais. Métodos de resolución de circuítos: correntes de malla e tensións nos nós. Teorema de superposición. Teoremas de Thèvenin e Norton. Teorema de máxima transferencia de potencia.





BLOQUE TEMÁTICO II: FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA ANALÓXICA

Horas presenciais: 10 expositivas, 5 de seminarios, 4 de laboratorio, 1 de titorías.
Horas non presenciais: 14 expositivas, 6 de seminarios, 3 de laboratorio, 1 de titoría en grupo, 2 de titoría personalizada, 2 de avaliación e revisión.

TEMA 4. AMPLIFICADORES OPERACIONAIS.
Principio de operación. Lazo aberto. Lazo pechado. Parámetros dos amplificadores operacionais. Amplificador operacional ideal e real. Aplicacións. Introdución aos filtros activos: circuítos integrados para a súa construción.

TEMA 5. SEMICONDUCTORES.
Principios, tipos e aplicacións. Tipos de portadores de carga. Unións PN, NP. Diodos: analoxía hidráulica e aplicacións básicas. Diodo Zener. Fotodiodos. Introdución aos transistores.: tipos de transistores, funcionamento e polarización. Fontes de alimentación: rectificación. Osciladores básicos.


Prácticas de laboratorio:

A parte teórica da materia complementarase cunha parte de ensino no laboratorio. Nesta parte ilustraranse contidos específicos do programa da materia e permitirán ao alumnado desenvolver competencias transversais da titulación.
Todas as prácticas realizaranse no laboratorio en sesións de 4 horas por práctica. Cada estudante realizará polo menos 3 prácticas, o que fai un total de 12 h de traballo no laboratorio. O profesor asignará a cada estudante as prácticas que debe realizar de entre as seguintes:

Lei de Coulomb.
Indución magnética.
Forza de Lorentz.
Transistor bipolar.
Determinación da constante dieléctrica de diferentes materiais.
Transistor de efecto campo.
Circuítos de corrente continua.
Circuítos de corrente alterna.
Circuito RCL con Arduino.
Oscilacións en circuítos RLC.
Circuítos con amplificadores operacionales.
Análise dun filtro RC paso baixo con apoio de Arduino.
Control de corrente cun transistor con apoio de Arduino.
Rectificador AC a DC con apoio de Arduino.


Proxectos de simulación por computador:
De forma voluntaria o estudante poderá desenvolver ao longo do curso simulacións por computador. Empregando unha linguaxe de alto nivel, como Python, o estudante aprenderá a programar as súas simulacións á vez que profunda no entendemento do fenómeno físico. Os baixo prezos dos microcontroladores Arduino permítenos combinar este hardware con programación en Python para levar experimentos de computación física simples que permitan aumentar a aprendizaxe autónoma e a motivación do estudante.
Nesta materia ofrecemos ao estudante, de forma individual e voluntaria, poder levar a cabo traballos de simulación por computador de distintos fenómenos físicos. Unha lista dos posibles traballos a desenvolver sería:

Circuítos de corrente continua.
Campo electrostático a partir do potencial.
Forza de Lorentz sobre unha partícula.
Enerxía dun campo electrostático.
Oscilacións en circuítos RLC.
Transitorios en circuítos RC ou RL.
Circuito RC con Arduino.

Básica:
Sears y Zemansky. Física universitaria con física moderna. Pearson 2013. ISBN: 9786073221900 (v.2)
Charles K. Alexander. Mathew N. O. Sadiku. Fundamentals of electric circuits. McGraw-hill Education, cop. 2017. ISBN:9781259251320
Fraile Mora. Circuitos eléctricos. Pearson 2012. ISBN: 9788483227954.
J. Galiana, J. Martinez. Problemas resueltos de electrónica analógica. ECU 211. ISBN: 978-84-9948-653-6.
Floyd. Principios de circuitos eléctricos. Pearson 2007. ISBN: 978-970-26-0967-4.

Complementaria:
Taylor R. Introducción al análisis de errores: el estudio de las incertidumbres en las mediciones físicas. Reverté, 2014. ISBN: 978-84-291-5184-8.
Análisis de incertidumbres usando Python:
https://pythonhosted.org/uncertainties/_downloads/uncertaintiesPythonPa…
Burbano Ercilla. Problemas de física. 27º ed. Tébar, 2007. ISBN: 978-84-95447-27-2.
Fraile Mora, J., Fraile Ardanuy, J.: Electromagnetismo: Teoría y Problemas. Ed. Ibergarceta Publicaciones, 2015. ISBN: 978-84-1622-828-7.
John Okyere Attia. Circuits and Electronics. Hands-on learning with analog discovery. CRC Press 2018. ISBN: 978-1-138-29732-6.

Ao terminar con éxito esta materia, os e as estudantes serán capaces de:

Coñecemento:
Con06. Comprender os conceptos básicos sobre as leis xerais do electromagnetismo.
Con07. Coñecer os fundamentos da electrónica analóxica.


Destreza:
H/D06. Solucionar problemas que involucran cuestións de electromagnetismo no ámbito de roubótica.
H/D07. Manexar os instrumentos propios dun laboratorio de electrónica básica.
H/D08. Saber utilizar as chécnicas de análisis de circuítos tanto en corrente continua e alterna como en circuítos electrónicos.

Competencia:

Comp03. Entender, en problemas de ingeniería, os fundamentos físicos nos que se basea a ingeniería de a roubótica: estática, cinemática, dinámica, electromagnetismo e circuítos eléctricos e electrónicos.

Adicionalmente, nesta materia, o estudante adquirirá unha serie de competencias xenéricas, desexables en calquera titulación universitaria, e específicas,propias da enxeñería en xeral ou da robótica en particular. Dentro do marco que se deseñou para a titulación, trabállanse as seguintes:

Competencias básicas:

CB1 - Que os estudantes demostrasen posuír e comprender coñecementos nunha área de estudo que parte da base da educación secundaria xeral, e adóitase atopar a un nivel que, aínda que se apoia en libros de texto avanzados, inclúe tamén algúns aspectos que implican coñecementos procedentes da vangarda do seu campo de estudo.
CB2 - Que os estudantes saiban aplicar os seus coñecementos ao seu traballo ou vocación dunha forma profesional e posúan as competencias que adoitan demostrarse por medio da elaboración e defensa de argumentos e a resolución de problemas dentro da súa área de estudo.
CB3 - Que os estudantes teñan a capacidade de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro da súa área de estudo) para emitir xuízos que inclúan unha reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica ou ética.
CB4 - Que os estudantes poidan transmitir información, ideas, problemas e solucións a un público tanto especializado como non especializado.
CB5 - Que os estudantes desenvolvesen aquelas habilidades de aprendizaxe necesarias para emprender estudos posteriores cun alto grao de autonomía

Competencias xerais:
CG01: Coñecemento de materias básicas e tecnolóxicas, que lle capacite para o aprendizaxe de novos métodos e tecnoloxías, así como que lle dote de unha gran versatilidade para adaptarse a novos situación.
CG03: Capacidade de utilizar ferramentas informáticas para o modelado, a simulación e o deseño de aplicación de enxeñaría.
CG05: Ser capaz de obter e analizar información sobre circuítos, elementos de máquina, control automático, sensores e sistemas informáticos, co fin último de lograr aplicación robóticas autónomas e flexibles.
CG06: Concibir, calcular, deseñar e poñer en funcionamento algoritmos, equipos ou instalacións no campo da robótica, para aplicacións industriais ou de servizos, tendo en conta aspectos de calidade, seguridade, criterios ambientais, uso racional e eficiente dos recursos.
CG07: Capacidade de traballar nun grupo multidisciplinar e de comunicar, por escrito e oralmente, coñecementos, procedementos, resultados e ideas relacionadas á robótica e electrónica.

Competencias transversais:

CT1.- Capacidade de análise e síntese.
CT2.- Capacidade para o razoamento e a argumentación.
CT3.- Capacidade de traballo individual, con actitude autocrítica.
CT4.- Capacidade para traballar en grupo e abarcar situacións problemáticas de forma colectiva.
CT5.- Capacidade para obter información adecuada, diversa e actualizada.
CT6.- Capacidade para elaborar e presentar un texto organizado e comprensible.
CT7.- Capacidade para realizar unha exposición en público de forma clara, concisa e coherente.
CT8.- Compromiso de veracidade da información que ofrece aos demais.
CT9.- Habilidade no manexo de tecnoloxías da información e da comunicación (TIC’s).
CT10.- Utilización de información bibliográfica e de Internet.
CT12.- Capacidade para resolver problemas mediante a aplicación integrada dos seus coñecementos.

Seguiranse as metodoloxías xerais descritas para este grao no apartado 5.1 da memoria da titulación.

O desenvolvemento das actividades programadas da materia levará a cabo en diferentes tipos de sesións.

Lección maxistral - Grupo grande (50 alumnos)

Clases maxistrais de contido teórico con apoio de material multimedia: vídeos, diapositivas. Farase uso da plataforma Microsoft Teams e do Campus Virtual para distribuír o material de apoio.

Seminarios – Grupos reducidos (25 alumnos máximo)
Seminarios para realización de problemas-tipo (ampliación e aplicación das explicacións anteriores)

Competencias e destrezas traballadas: Con06, Con07, H/D06, H/D08, Comp03, CB=1,2,3,4,5; CG= 1,5,6; CT=1,2,4,7,10,12.


Prácticas de laboratorio (25 alumnos máximo)

Haberá unha parte práctica de laboratorio obrigatoria. Cada estudante realizará polo menos tres prácticas e elaborará un informe técnico onde tratará de forma rigorosa os datos obtidos e as conclusións que poida extraer. Ao estudante forneceráselle un guion, onde se especificará como se realizan as medicións co instrumental asignado e o traballo para realizar. Se a práctica e o tempo permíteo propoñeráselle ao alumnado que deseñen os seus propios obxectivos e a metodoloxía para conseguilos. Todo este proceso será supervisado polo profesor de laboratorio, que asesorará no manexo do instrumental e a adquisición/tratamento de datos.

Competencias e destrezas traballadas: Con06, Con07, H/D06, H/D07, H/D08, Comp03, CB=1,2,3,4,5; CG= 1,3,5,7; CT=1,2,3,4,5,6,8,9,10,12.

Titorías.

As sesións de titorías serán dedicadas á introdución ao manexo de distintos aparellos que os estudantes se atoparán no laboratorio e ao cálculo de incertezas. Estas sesións serán moi útiles ao alumnado para o cálculo experimental que terán que desenvolver nas sesións de laboratorio.

Competencias e destrezas traballadas: CB=4,5; CG= 1,3; CT=1,2,3,6,8,9,12; H/D06, H/D07, H/D08, Comp03.

De acordo con a memoria do grao, o sistema de avaliación será resultado da ponderación entre un exame final, a realización de prácticas no laboratorio e a entrega e presentación de problemas, traballos e pequenos proxectos que se irán propoñendo ao longo do curso.

O sistema de avaliación será o mesmo para a primeira oportunidade como para a segunda oportunidade.

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación a “Normativa de avaliación do rendemento académico dous estudantes e de revisión de cualificacións”.
O sistema de avaliación levará a cabo da seguintes forma:
O alumnado realizará un exame final da materia, de maneira presencial ou a través do campus virtual. (50% da nota global). A cualificación mínima para que o estudante poida superar esta parte e a materia será de 5 sobre 10.
Competencias avaliadas: CT=1,2,6,12; Comp03.
A parte práctica da materia avaliarase de forma continua durante a realización de cada experiencia no laboratorio. O estudante deberá entregar un traballo escrito unha vez finalizada a asistencia ao laboratorio e dentro do prazo indicado. A cualificación mínima para que o estudante poida superar esta parte e a materia será de 5 sobre 10. (A parte práctica supoñerá o 25 % da nota global).
Competencias avaliadas: CB=3,4,5; CT=1,2,4,5,6,8,9,10,12; H/D06, H/D07, H/D08, Comp03.
Considerarase como “Suspenso” na materia de Física I, tanto na primeira oportunidade como na segundad oportunidade, a cada estudante que en prácticas de laboratorio non alcance a cualificación de apto (mínimo 5 puntos sobre 10) ou que non asistise ás sesións de laboratorio indicadas polo profesorado.

Actividades propostas na aula e no campus virtual. (25% da nota global).
Competencias avaliadas: CB=3,4,5; CT=1,2,3,5,6,8,9,12; Comp03.

A nota das tarefas de avaliación continua, actividades propostas na clase e no campus virtual, só se conservará para a primeira e segunda oportunidade do curso académico no que se teñan feitas. A nota de laboratorio de prácticas conservarase durante os tres cursos académicos seguintes.
Os estudantes que teñan dispensa de asistencia a algunha das actividades docentes programadas por motivo de traballo ou conciliación familiar téñense que ater ao disposto na Instrución 1/2007 da Secretaría Xeral. Nestes casos, para aprobar esta materia é obrigatorio a asistencia ás prácticas de laboratorio e ao exame final, ámbalas dúas actividades programadas no horario da materia e previstas nesta programación docente.

Indícase a continuación unha estimación do número de horas que se deben dedicar a cada actividade formativa.
Docencia expositiva (24 h; asistencia moi aconsellable)
Docencia interactiva en laboratorio (prácticas) (12 h; asistencia obrigatoria)
Docencia interactiva aula (seminarios) (12 h; asistencia moi aconsellable)
Titorías (3 h; asistencia obrigatoria)
Titorías individualizadas (4 h; asistencia aconsellable)
Realización de exame (5 h; asistencia obrigatoria)
Revisión de teoría e realización de exercicios (48 h; traballo individual)
Preparación de memoria de laboratorio (10 h; traballo individual ou en grupo reducido)
Realización de tarefas e proxectos (25 h; traballo individual ou en pequenos grupos)
Preparación e revisión de exame (7 h; traballo individual)

Participar de forma activa nas clases e seguir as indicacións do profesorado para o estudo da materia.
Un estudo diario facilitará o seguimento das clases e a superación das probas de avaliación.
Manexar a bibliografía recomendada como complemento das clases.
Utilizar e aproveitar as titorías.