Experiencia Educativa Termodinámica Licenciatura en Física Plan de estudios 2010 Adrián Arturo Huerta Hernández Proyecto Aula

Transcripción

1 Experiencia Educativa Termodinámica Licenciatura en Física Plan de estudios 2010 Adrián Arturo Huerta Hernández Proyecto Aula 1. Los alumnos que finalizan los estudios de la Licenciatura en Física deberán presentar el siguiente perfil de egreso: Será un profesionista que habrá adquirido hábitos de trabajo individual y colaborativo en un marco de tolerancia, respeto, autocrítica, responsabilidad, disciplina, honestidad y objetividad. Habrá adquirido la habilidad para realizar planteamientos de problemas de la realidad y tratar de dar soluciones con base en los conocimientos que tiene la disciplina, esto es, a partir de la abstracción y la propuesta de modelos, mediante la aplicación de técnicas analíticas y de experimentación y de simulación en los distintos campos de la Física y otras áreas relacionadas. Tendrá un sólido conocimiento en las áreas fundamentales de la Física: Mecánica Teórica, Mecánica Cuántica, Electrodinámica, Física Estadística y técnicas experimentales, así como también una sólida formación Matemática que le permite hacer descripciones precisas de los fenómenos físicos. Tendrá, además, los conocimientos necesarios en computación para abordar problemas de Física con esta poderosa herramienta. Tendrá la capacidad para aplicar los conocimientos adquiridos y desenvolverse en distintos ámbitos profesionales vinculados con: la realización de estudios de posgrado, investigación teórica y experimental, docencia en el nivel preuniversitario, difusión de la ciencia de manera oral y escrita, diseño experimental y confrontación de hipótesis de manera cuantificada y dominio de herramientas computacionales actuales relacionadas con su formación.

2 2. Aporte de esta experiencia educativa al perfil de egreso y su relación con otras experiencias educativas. "Una teoría es mas impresionante cuanto mayor sea la simplicidad de sus postulados, el número de cosas que relacione y la extensión de su campo de aplicación. De aquí la impresión tan profunda que me ha causado la termodinámica. Es la única teoría física de contenido universal de la cual estoy convencido que, por lo que respecta al campo de aplicación de sus conceptos básicos, nunca será destituida. Por sólo esas razones, es una parte muy importante en la educación de un físico." A. Einstein. La termodinámica tiene una fuerte relación con todas de las experiencias educativas del área de formación básica. Así como la mayoría de las experiencias educativas de formación disciplinar como son: Mecánica Clásica, Mecánica Cuántica, Electrodinámica y Mecánica Estadística. Siendo de gran importancia para esta última debido a su carácter integrador de todos los conocimientos adquiridos en las experiencias educativas mencionadas. 3. Unidad de competencia Al termino de esta experiencia educativa se espera que el estudiante sea capaz de describir, analizar e interpretar las propiedades en equilibrio de diversos sistemas termodinámicos, y como cambian dichas propiedades debido a una variación de temperatura, presión, potencial químico, etc., en tanto no se tenga en cuenta la composición microscópica de la materia. Lo anterior debido a que la termodinámica es una ciencia fenomenológica basada en leyes generales inferidas de los experimentos e independiente de cualquier modelo microscópico de la materia. Siendo esto último como se mencionó anteriormente competencia de la mecánica estadística.

3 1 Subcompetencia. El alumno aprenderá a definir un sistema termodinámico, mediante el tipo de: a) fronteras y b) alrededores. Así como también identificar el tipo de propiedades (o variables) termodinámicas adecuadas para cada sistema en particular. 2 Subcompetencia. El alumno aprenderá y diferenciará claramente los conceptos de energía interna, calor, trabajo y temperatura. En base al análisis de las observaciones experimentales que condujeron la formulación teórica de la termodinámica. Entenderá también el concepto de equilibrio térmico y la importancia de diferenciarlos con otro tipo de estados de equilibrio como pueden ser estacionarios o metaestaestables. La formulación de la ley cero de la termodinámica, la existencia de un parámetro intensivo llamado temperatura (empírica), que se comparte en el equilibrio, así como advertirá sobre la existencia de una ecuación que describe el estado de un sistema (ecuación de estado térmica). Finalmente, se dará cuenta de las fuertes implicaciones que tiene esta ley para poder medir la temperatura (termómetro y propiedades termométricas). 3 Subcompetencia Primera ley (Enegía Interna, calor y trabajo...) Experimento de Joule 4 Subcompetencia Segunda ley (Entropía)... procesos, procesos ciclicos, máquinas térmicas. Experimento de Gay Lusac 5 Subcompetencia. Aplicaciones de estas leyes a diversos sistemas termodinámicos y Tercera Ley. Será capaz aplicar estas leyes para el estudio de a diferentes sistemas físicos. Como pueden ser gases, líquidos, sólidos, sistemas magnéticos, superconductores, entre otros, así como la eficiencia de diferentes máquinas térmicas como la de Carnot. Identificando claramente profundas aplicaciones de esta teoría en áreas como las ingenierías y la química. 6. Subcompetencia. Taller. El estudiante será capaz de usar diferentes programas de simulación numérica que le permitan entender los conceptos detallados en las subcompetencias descritas anteriormente (Esto esta aún en desarrollo, por el momento usaremos "Open Source Physics" ).

4 Planeación Semana Lunes (2hrs) Martes (2hrs) Jueves (1hr) Competencia Proyectos 1 (6-10 Feb) Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,6 Pensar Proyecto 2 (13-17 Feb) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,6 Pensar Proyecto 3 (20-24 Feb) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,5,6 Pensar Proyecto 4 (27 Feb-2 Mar) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Examen Ley 0 1,2,5,6 Pensar Proyecto 5 (5 Mar-9 Mar) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,5,6 Pensar Proyecto 6 (12 Mar-16 Mar) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,5,6 Pensar Proyecto 7 (19 Mar-23 Mar) Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,5,6 Pensar Proyecto 8 (26 Mar-30 Mar) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Examen 1ra Ley 1,2,3,5,6 Pensar Proyecto 9 (9 Abr- 13 Abr) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,3,5,6 Realizar Proyecto 10 (16 Abr- 20 Abr) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,3,5,6 Realizar Proyecto 11 (23 Abr- 27 Abr) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,3,4,5,6 Realizar Proyecto 12 (30 Abr- 4 May) Teoría/Ejemplos Examen 2a Ley 1,2,3,4,5,6 Realizar Proyecto 13 (7 May- 11 May) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,3,4,5,6 Realizar Proyecto 14 (14 May-18May) Taller Aplicaciones 1,2,3,4,5,6 Realizar Proyecto 15 (21May- 25May) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Taller Aplicaciones 1,2,3,4,5,6 Realizar Proyecto 16 (28May-1 Jun) Teoría/Ejemplos Teoría/Ejemplos Presentar P. Final 1,2,3,4,5,6 Examenes (Jun) Ordinario 4-15 Extra Título 25-29

5 Tareas Tareas Tipo de tareas Objetivos Sistema Termodinámico Definir diferentes sistemas termodinámicos Entender los conceptos: Sistema Termodinámico y Alrededores. Ley Cero Nivel 1. conceptual Entender el concepto de equilibrio, temperatura, Ecuación de estado Termómetro 1a. Ley Nivel 1. Conceptual Energía Interna Calor (Entender la diferencia entre Calor y Temperatura). 2a. Ley Nivel 1. Conceptual Entropía Máquinas termicas 3a. Ley Nivel 1. Conceptual Temperatura Cero. Calor especifico