FORMATO CONTENIDO DE CURSO O SÍLABO

Transcripción

1 1. INFORMACIÓN GENERAL DEL CURSO Facultad CIENCIAS BÁSICAS Fecha de Actualización 20/0/18 Programa FÍSICA Semestre III Nombre FÍSICA TÉRMICA Y DE FLUIDOS Código Requisitos Créditos Nivel de Formación Área de Formación Técnico Profesional X Maestría Tecnológico Especialización Doctorado Básica X Investigación Específica Complementaria Tipo de Curso Teórico X Práctico Teórico-práctico Modalidad Presencial X Virtual Mixta Horas de Acompañamiento Directo Presencial 6 Virtual Horas de Trabajo Independiente 2. DESCRIPCIÓN DEL CURSO En la primera unidad de la asignatura se estudia, fenomenológicamente, el comportamiento de los gases y se introduce la Teoría Cinética; la segunda, aborda fundamentos de Termodinámica (las leyes y maquinas térmicas); la tercera se ocupa de conceptos básicos de Mecánica Estadística Clásica, y la última incluye propiedades de fluidos y propiedades de transporte. 3. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO En la primera parte de la asignatura se relacionan magnitudes físicas de naturaleza macroscópica como temperatura, presión y volumen con el objeto de describir empíricamente (macroscópicamente) el comportamiento de los gases para posteriormente hacer una descripción microscópica elemental, usando la teoría cinética de los gases. En la segunda parte, se presentan las leyes de la termodinámica y se introduce el concepto de maquina térmica que ofrece una metodología general para la descripción de los intercambios de energía entre un sistema de partículas y sus alrededores sin considerar explícitamente las propiedades de las partículas que componen el sistema. Al igual que las magnitudes físicas de naturaleza macroscópica arriba relacionadas; el calor, la entropía, y la capacidad calorífica (que también se pueden medir en el laboratorio) se introducen sin ser relacionadas directamente con la estructura interna del sistema. Sin embargo, como las propiedades de un sistema dependen críticamente de las propiedades de sus constituyentes, para describir un sistema físico especifico, es muy importante relacionar el comportamiento macroscópico del sistema con su estructura microscópica. De esto se ocupa la tercera parte de la asignatura: Mecánica Estadística. En la cuarta y última parte del curso se abordan fluidos y las propiedades de transporte.. PRÓPOSITO GENERAL DEL CURSO La perspectiva de la Termodinámica Clásica es netamente macroscópica. Los sistemas se describen a partir de sus propiedades macroscópicas, tales como presión, temperatura, volumen, energía interna, entropía, y capacidad calorífica. Por lo tanto, el propósito de esta asignatura, además de estudiar la Termodinámica en sí misma es vincular el comportamiento macroscópico de sistemas (no complejos) con el microscópico de sus constituyentes, usando como herramienta la teoría elemental de probabilidad. Se complementa lo anterior con la descripción de los fluidos y el estudio de los fenómenos de transporte

2 5. COMPETENCIA GENERAL DEL CURSO Comprender los fenómenos asociados con intercambios de energía entre un sistema físico y sus alrededores, aplicando las leyes de la termodinámica, y usando la Mecánica Estadística Clásica podrá describir las propiedades macroscópicas de los sistemas físicos (no complejos) en términos de las propiedades microscópicas de sus constituyentes. Comprender el comportamiento de fluidos y las propiedades de transporte. 2

3 6. PLANEACIÓN DE LAS UNIDADES DE FORMACIÓN Aprende de los conceptos de temperatura, equilibrio térmico, gas ideal, energía interna. UNIDAD 1. GASES Y LA TEORÍA CINÉTICA COMPETENCIA Establece relaciones entre las variables temperatura, energía interna, presión, volumen para describir un gas ideal. CONTENIDOS ESTRATEGIA DIDÁCTICA INDICADORES DE LOGROS CRITERIOS DE EVALUACIÓN SEMANAS 1. Introducción 2.Temperatura 3.Temperatura del gas ideal y su ecuación de estado. Teoría cinética del gas ideal (temperatura y energía media molecular, energía interna) 5.Gases reales conferencias recurriendo al uso del video-proyector para presentar imágenes y videos como ayudas didácticas que estimulen el interés del estudiante y permitan una sólida aprehensión de los conceptos Interpreta los conceptos de ecuación de estado, y la relación entre temperatura y energía molecular media. Aborda con propiedad los temas de gases ideales y reales incluyendo gases poli atómicos y el principio de equipartición de la energía. tareas 6. Gases poli atómicos y principio de equipartición de la energía. 3

4 Comprende las leyes de la termodinámica. UNIDAD 2. TERMODINÁMICA COMPETENCIA Describe el funcionamiento de las máquinas térmicas, y establece las relaciones para los intercambios de energía y trabajo en un ciclo termodinámico CONTENIDOS 1. Introducción ESTRATEGIA DIDÁCTICA INDICADORES LOGROS DE Interpreta la entropía como función de estado de un sistema. CRITERIOS DE EVALUACIÓN SEMANAS 2.Energía interna y trabajo 3.Primera ley de la termodinámica (trabajo, calor y balance de energía).procesos especiales y Capacidad calorífica molar a presión y volumen constante 5.Formulación de la segunda ley de la termodinámica (procesos reversibles e irreversibles, Entropía y calor) conferencias recurriendo al uso del video-proyector para presentar imágenes y videos como ayudas didácticas que estimulen el interés del estudiante y permitan una sólida aprehensión de los conceptos. Interpreta las leyes de la termodinámica. Resuelve problemas sobre procesos de intercambios de energía entre un sistema de partículas y sus alrededores. Comprende el funcionamiento de las maquinas térmicas y los conceptos de eficiencia y entropía. tareas 6.Máquinas térmicas

5 7. potenciales termodinámicos UNIDAD 3. MECÁNICA ESTADÍSTICA CLÁSICA COMPETENCIA CONTENIDOS 1. Introducción 2.Equilibrio estadístico 3.Ley de distribución de Maxwell-Boltzmann ESTRATEGIA DIDÁCTICA INDICADORES LOGROS DE describe las propiedades macroscópicas de sistemas de muchos cuerpos (no complejos) en términos de las propiedades microscópicas asociadas a los constituyentes de los mismos. CRITERIOS DE EVALUACIÓN SEMANAS.Definición estadística de temperatura 5.Distribución de energías y velocidades moleculares en un gas ideal (velocidad media, velocidad más probable y velocidad cuadrática media) 6.Verificación experimental de la ley de distribución de Maxwell- Boltzmann 7.Equilibrio térmico conferencias recurriendo al uso del video-proyector para presentar imágenes y videos como ayudas didácticas que estimulen el interés del estudiante y permitan una sólida aprehensión de los conceptos Interpreta los resultados de teoría elemental de probabilidades y la mecánica estadística clásica para dar explicación al comportamiento de sistemas simples como un gas ideal y un sólido cristalino cuyos átomos vibran a la misma frecuencia. tareas 8.Entropía 9.Ley del aumento de entropía 5

6 Notas: aplicación estadística al cálculo de la capacidad calorífica del sólido de Einstein; Análisis estadístico de trabajo y calor, sistemas alejados del equilibrio. UNIDAD. FENÓMENOS DE TRANSPORTE Y FLUIDOS COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIA DIDÁCTICA INDICADORES LOGROS Teoría de fluidos: DE Describe el comportamiento de un fluido usando la ecuación de Euler. Describirá aquellos procesos en los que hay transferencia neta (o transporte) de materia, energía o momento en cantidades macroscópicas. CRITERIOS DE EVALUACIÓN SEMANAS 1. Hidrostática 2. Ecuación de Continuidad 3. Ecuación de Euler.. Ecuación de Bernoulli. Fenómenos de transporte: 5. Difusión molecular: Ley de Fick 6. Conducción térmica: Ley de Fourier 7. Conducción eléctrica 8. Viscosidad conferencias recurriendo al uso del video-proyector para presentar imágenes y videos como ayudas didácticas que estimulen el interés del estudiante y le permitan una sólida aprehensión de los conceptos Demuestra apropiación de los temas Difusión molecular, conducción térmica, y viscosidad incluyendo además la teoría la molecular de los fenómenos de transporte y fluidos. Tareas Exposición de los estudiantes 6

7 7. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA DEL CURSO Alonso M., Finn E. Física. Addison-wesley (1995). Caps: BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA DEL CURSO ROBERT HOLYST, ANDZERJ PONIEWIERSKI, Thermodynamics for Chemists, Physicist and Engineers, Springer, doi: 10/1007/ , RESNICK-HALLIDAY-KRANE: Física volumen I, CECSA, cuarta edición. Landau L D, Lifshitz, Fluid Mechanics, Pergamon press, 198. SEARS, Francis: Introducción a la termodinámica. Teoría cinética de los gases y mecánica estadística. Addison Wesley. E.U.A SEARS F. W., ZEMANSKY M.W., YOUNG H.D., FREEDMAN R.A.: Física Universitaria volumen I. Pearson Educación. U.S.A FEYMAN R, LEIGHTON R. AND SANDS M.: The Feyman lectures on physics, Mechanics, radiation and heat. Addison Wesley. U.S.A ZEMANSKY M. W.: Calor y Termodinámica, Reverté U.S.A J. N. Donough, Lectures in elementary fluids dynamics: physics, mathematics and Applications, notes, VENNARD J.L.: Elementos de Mecánica de fluidos. 3ª edición. Ed: Continental, México ZEMANSKY M., DITTMAN R.H. MASARNAU BRASÓ J.: Calor y Termodinámica. McGraw-Hill. U.S.A