PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Termodinámica"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Termodinámica" Grupo: Grp Clases Teóricas-Prácticas Termodinámica.(930130) Titulacion: Doble Grado en Física y en Ingeniería de Materiales Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Doble Grado en Física y en Ingeniería de Materiales 2011 Facultad de Física Termodinámica Obligatoria 2º Curso completo 0º Grp Clases Teóricas-Prácticas Termodinámica. (1) Física de la Materia Condensada (Área responsable) Física de la Materia Condensada (Departamento responsable) FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N SEVILLA COORDINADOR DE LA ASIGNATURA GALLARDO CRUZ, MARIA DEL CARMEN PROFESORADO GALLARDO CRUZ, MARIA DEL CARMEN CORDOBA ZURITA, ANTONIO RAMOS VICENTE, SATURIO Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

2 4 MARTIN OLALLA, JOSE MARIA OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos Asimilar, en su nivel macroscópico, la descripción de los estados de equilibrio. Conocer los Principios de la Termodinámica y sus consecuencias. Conocer los potenciales termodinámicos como descripción completa de un sistema termodinámico. Comprender la relación directa entre el formalismo termodinámico y los experimentos. Utilizar el formalismo termodinámico para la resolución de problemas particulares. Conocer los principios, técnicas e instrumentos de media y los fenómenos de interés en Termodinámica. Competencias Competencias transversales/genéricas Capacidad de análisis y síntesis Resolución de problemas Capacidad para aplicar la teoría a la práctica Trabajo en equipo Capacidad de organizar y planificar Competencias específicas Conocimiento y comprensión de los fenómenos y las teorías físicas más importantes. Capacidad de estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos Capacidad de profundizar en la aplicación de los conocimientos matemáticos en el contexto general de la física. Capacidad de medida, interpretación y diseño de experiencias en el laboratorio o en el entorno. Capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático. Capacidad de transmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes. CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) Formalismo de la Termodinámica: Primer y Segundo Principio y potenciales termodinámicos. Condiciones de equilibrio y estabilidad. Transiciones de fase. Tercer Principio de la Termodinámica. Aplicaciones. Introducción a los procesos irreversibles. Técnicas experimentales de la Termodinámica. Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos LECCIONES TEÓRICAS Primer Cuatrimestre Lección 1.- La termodinámica. El sistema termodinámico. Estados y procesos. Variables termodinámicas: variables intensivas y extensivas. Homogeneidad y fases. Lección 2.- La interacción mecánica. El trabajo: tipos y propiedades. El trabajo cuasiestático. Expresión generalizada. Lección 3.- El equilibrio térmico. El principio cero de la termodinámica. La temperatura empírica. Propiedades de los gases enrarecidos: temperatura absoluta. Lección 4.- Ecuación térmica de estado. Gas ideal y gases no ideales. Desarrollo del virial. Diagrama de fases de una sustancia pura. Coeficientes térmicos. Lección 5.- El trabajo adiabático: la energía interna. Concepto de calor. Formulación del primer principio de la termodinámica. La entalpía. Lección 6.- Calores específicos. Ecuación energética de estado: gases ideales y no ideales. Procesos politrópicos. Lección 7.- Los procesos cíclicos y las máquinas térmicas. Los enunciados clásicos del segundo principio de la termodinámica. Reversibilidad e irreversibilidad. Lección 8.- El teorema de Carnot. La temperatura termodinamica. Composición de ciclos. La relación de Clausius. Definición de la entropía. La formulación del segundo principio. Lección 9.- Significados de la entropía. El criterio de evolución de un sistema aislado. Disipacion. Entropía de mezcla Lección 10.- Propiedades de los sistemas cerca del cero absoluto. Teorema del calor de Nernst. Formulacion de Planck del tercer principio. Consecuencias. Lección 11.- Sistemas termodinámicos abiertos: volumen de control. Balances de masa. Trabajo de impulsión. Formulación del primer y segundo principios para sistemas abiertos. Dispositivos de flujo permanente. Efecto Joule - Kelvin. Segundo Cuatrimestre Lección 12. La ecuación fundamental de la termodinámica. La energía interna como potencial termodinámico. La masa como variable termodinámica: hipótesis de Gibbs. Potencial químico. Condiciones del equilibrio termodinámico. Lección 13. El método termodinámico. Potenciales termodinámicos. Concepto de energía utilizable: trabajo máximo. Exergía Lección 14. Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones de Gibbs-Helmhotz. La relación de Mayer. Lección 15. Homogeneidad de las funciones termodinámicas. Ecuación de Gibbs-Duhem. Sistemas Multicomponentes. Condiciones de equilibrio en sistemas heterogeneos: Regla de las fases. Lección 16. Sólidos sometidos a campos externos. Electrostricción y efectos electro y magneto-calóricos. Desimanación adiabática. Lección 17. Dinámica interna del estado de equilibrio: fluctuaciones termodinámicas. Distribucion de las fluctuaciones. Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

3 Condiciones de estabilidad. Lección 18. Transiciones de fase discontinuas. El punto triple y el punto crítico. Ecuacion de Clapeyron. Metaestabilidad. Lección 19. Transiciones de fase continuas. Teoría de Landau. Exponentes críticos. Universalidad del comportamiento crítico. Lección 20.- Introducción a la Termodinámica de los Procesos Irreversibles. Ecuaciones de balance y producción de entropía. Ecuaciones fenomenologicas. El Principio de Curie. Las relaciones de Onsager. Teorema de mínima producción de entropía. Lección 21.- Fenómenos termoelectricos. Efectos Seebeck y Peltier. Calor Joule y Thomson. Relaciones de Kelvin SESIONES DEMOSTRATIVAS DE LABORATORIO Sesión 1.- La medida de la temperatura. Los termopares. El termometro de resistencia de platino. Termómetros de radiación infrarroja. Medida de la presión de los gases. Métodos mecánicos y eléctricos. Sesión 2.- Instrumentos de medida para el laboratorio de prácticas Sesión 3.- Transmisión del calor. Conducción del calor a lo largo de una barra: conductividad y difusividad termica. Resistencia térmica. Ley de enfriamiento de Newton. Radiación térmica. Sesión 4.- Regulación y programación de temperatura. Análisis Térmico Diferencial. Pantalla adiabática. Calorimetría. Distintos tipos de calorímetros. Calorimetría diferencial de barrido: DTA y DSC Sesión 5.- Higrometría y acondicionamiento del aire. Humedad atmosférica. Punto de rocío. Saturación adiabática. Sesión 6.- Máquinas térmicas. Motores y frigoríficos. SESIONES DE LABORATORIO 1. Calibrado de un termómetro de resistencia de platino. 2. El gas real. Punto crítico. 3. Fenómenos termoeléctricos. Efectos Seebeck y Peltier. 4. Determinación del incremento de entalpía de vaporización del nitrógeno. 5. Determinación del incremento de entalpía de vaporización del agua 6. Efecto Joule - Kelvin 7. Determinación del calor específico de la glicerina. 8. Ley de Stefan-Boltzmann de la radiación. 9. Curva de presión de vapor del agua. Determinación del incremento de entalpía de vaporización del agua. 10. Técnica crioscópica 11. Variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura. 12. Bomba de calor y máquina frigorífica. ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del primer cuatrimestre Exposiciones y seminarios Experiencias demostrativas y desarrollo de técnica de medida Conocer los principios, técnica e instrumentos de medida y los fenómenos de interés en Termodinámica Prácticas de Laboratorio Realización de practicas en el laboratorio Capacidad de medida, interpretación y diseño de experiencias en el laboratorio o en el entorno Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

4 Clases teóricas El desarrollo de la asignatura incluirá clases de teoría y de problemas Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de la teoría termodinámica. Capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático Relación de actividades formativas del segundo cuatrimestre Clases teóricas El desarrollo de la asignatura incluirá clases de teoría y clases de problemas Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de la teoría termodinámica. Capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático Prácticas de Laboratorio Se realizarán prácticas de laboratorio Capacidad de medida, interpretación y diseño de experiencias en el laboratorio o en el entorno Exposiciones y seminarios Experiencias demostrativas y desarrollo de técnica de medida Conocer los principios, técnica e instrumentos de medida y los fenómenos de interés en Termodinámica BIBLIOGRAFÍA E INFORMACIÓN ADICIONAL Bibliografía general Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

5 Curso sobre el formalismo y los métodos de la Termodinámica Biel Gayé, Jesús Edición: 1998 Reverté Termodinámica: Introducción a las teorías físicas de la termostática del equilibrio Callen, Herbert B. Edición: 1981 Editorial AC Thermodynamics and an introduction to thermostattistics Callen, Herbert B. Edición: nd edición John Wiley and Sons A course in thermodynamics Kestin, Joseph Edición: 1966 Blaisdell 100 problemas de termodinámica Pellicer García, Julio Manzanares, José Antonio Edición: 1996 Editorial AC X Termodinámica Tejerina, A.F. Edición: 1976 Paraninfo (v.II) Termo I. Un estudio de los sistemas termodinámicos Zamora, M. Edición: 1998 Publicaciones de la Universidad de Sevilla Termo II. 250 problemas resueltos Zamora, M. Edición: 1998 Publicaciones de la Universidad de Sevilla X Calor y Termodinámica Zemansky, Mark W. Edición: a ed McGraw Hill Termodinámica C. Fernández Pineda, S. Velasco Maillo Edición: 2009 Editorial Universitaria Ramón Areces Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

6 SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Sistema de evaluación Exámenes escritos y valoración de trabajos Exámenes escritos con una parte teórica, que acredite el conocimiento de los aspectos más relevantes del formalismo termodinámico, su estructura y sus potenciales aplicaciones, una parte de problemas, que valore la comprensión y capacidad de aplicación de dicho formalismo a problemas físicos o meramente matemáticos y una parte de prácticas que refleje su conocimiento de las técnicas experimentales e instrumentos de medida necesarios para el estudio de los fenómenos de interés en Termodinámica. Valoración de trabajos y problemas presentados a lo largo del curso incorporando así una componente de evaluación continuada. Asistencia, actitud y habilidades demostradas en las sesiones de laboratorio. Cuaderno de prácticas y presentación de memorias escritas sobre algunas de las experincias realizadas. Criterios de calificación LECCIONES Opción A: Método tradicional: parciales y final. Se realizarán dos exámenes parciales eliminatorios de la parte correspondiente en las fechas establecidas atendiendo únicamente a los conocimientos teóricos, de seminarios y prácticos adquiridos. Constarán de problemas y de desarrollos teóricos. La nota del parcial se obtendrá como la media geométrica entre la parte de teoría y la de problemas. La nota final de esta parte se obtendrá como la media geométrica de los parciales. Los alumnos que no superen alguno de los parciales dispondrán de un examen final correspondiente a los cotenidos no superados. Opción B. Evaluación continua. El criterio de calificación será el siguiente, siempre que la media geométrica entre las notas de teoría y problemas sea al menos de un 4: la nota de cada parcial se obtendrá sumándole a la puntuación del examen 1 punto por un ejercicio de clase que se realizará a lo largo del cuatrimestre. Para realizar la media final será necesario obtener al menos 4 puntos en cada cuatrimestre. Los alumnos que no superen alguno de los parciales podrán examinarse de nuevo de dicha parte en el examen final de junio conservando los puntos extra obtenidos por los ejercicios de clase. Estos puntos extras no serán aplicables en convocatorias posteriores. SESIONES DEMOSTRATIVAS Se realizarán sesiones demostrativas en grupos más reducidos, siendo obligatoria la asistencia. El contenido de los seminarios 1, 2 y 3 se incluirán en el examen del primer parcial y el resto en el segundo. Incluyéndose todo en el examen final. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Se realizarán prácticas en grupos más reducidos, siendo obligatoria la asistencia. Al finalizar cada práctica, los alumnos deberán presentar los resultados al profesor para que sean visados. Cada alumno entregará un trabajo, designado por el profesor, sobre una de las prácticas realizadas que servirá para la calificación, teniendo en cuenta la forma y el contenido. Caso de no ser aprobado el trabajo deberá ser revisado y presentado de nuevo antes del examen final. La asistencia y realización de las prácticas así como el visto bueno sobre el trabajo presentado será requisito necesario para aprobar la asignatura en cualquier convocatoria y representará el 10% de la calificación final de la asignatura. La calificación obtenida en las prácticas se guardará a todos los alumnos repetidores CALENDARIO DE EXÁMENES La información que aparece a continuación es susceptible de cambios por lo que le recomendamos que la confirme con el Centro cuando se aproxime la fecha de los exámenes. CENTRO: Facultad de Física 1 ª Convocatoria 30/6/2016 Hora: 9:30 Magna CENTRO: Facultad de Física 2 ª Convocatoria 15/9/2016 Hora: 9:30 Magna Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

7 CENTRO: Facultad de Física Diciembre 26/11/2015 Hora: 16:0 Magna TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: ANTONIO CORDOBA ZURITA SATURIO RAMOS VICENTE MARIA DEL CARMEN GALLARDO CRUZ FRANCISCO DE PAULA JIMENEZ MORALES MARIA DEL CARMEN LEMOS FERNANDEZ JOSE MARIA MARTIN OLALLA ANEXO 1: HORARIOS DEL GRUPO DEL PROYECTO DOCENTE Los horarios de las actividades no principales se facilitarán durante el curso. GRUPO: Grp Clases Teóricas-Prácticas Termodinámica. (930130) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: CORDOBA ZURITA, ANTONIO Martes Del 21/09/2015 al 15/01/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 Miércoles Del 21/09/2015 al 15/01/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 Martes Del 08/02/2016 al 03/06/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 Miércoles Del 08/02/2016 al 03/06/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 CLASES DEL PROFESOR: GALLARDO CRUZ, MARIA DEL CARMEN Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8

8 Jueves Del 21/09/2015 al 15/01/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 Jueves Del 08/02/2016 al 03/06/2016 Hora: De 12:30 a 13:30 Curso académico: 2015/2016 Última modificación: de 8