Centro de Nanociencias y Nanotecnología Licenciatura en Nanotecnología

Transcripción

1 PROGRAMA DE ASIGNATURA 1 CLAVE DENOMINACIÓN DE LA ASIGNATURA SEMESTRE 0301 CALOR, ONDAS Y FLUIDOS TERCERO MODALIDAD CARÁCTER HORAS HORAS/SEMANA CRÉDITOS SEMESTRE TEÓRICAS PRÁCTICAS CURSO, LABORATORIO OBLIGATORIA ETÁPA BÁSICA TIPO TEÓRICO PRÁCTICA ÁREA DE CONOCIMIENTO CIENCIAS BÁSICAS Y MATEMÁTICAS OBJETIVO GENERAL Que el alumno comprenda y maneje los conceptos básicos de fluidos y sonido, calor, teoría cinética y entropía. Que desarrolle habilidades para llevar a cabo análisis dimensional, manejo de las unidades, estimación de valores e importancia relativa de los diferentes factores que participan en un problema. OBJETIVOS DEL LABORATORIO Que el alumno aprenda a medir cantidades físicas, a plantear experimentos, a manejar el equipo de laboratorio, a analizar e interpretar los resultados de sus experimentos (incertidumbres, errores, aproximaciones, ajuste de curvas, etc.). Que el alumno aprenda los conceptos fundamentales de Calor, Ondas y Fluidos, mediante la realización de experimentos. SERIACIÓN OBLIGATORIA O INDICATIVA DE LAS ASIGNATURAS ASIGNATURA ANTECEDENTE ASIGNATURA SUBSECUENTE MECÁNICA CLÁSICA ELECTROMAGNETISMO, ÓPTICA, TEMAS #HORAS I Fluidos. Conceptos básicos II Oscilaciones III Ondas IV Conceptos básicos de termodinámica V Primera ley de la termodinámica 6 VI Teoría cinética de gases VII Entropía y segunda ley de la termodinámica VIII Aplicación de termodinámica clásica a nanomateriales 2 Total horas 6 1 Elaborado por Dra. Laura Viana y Dr. Jesús Antonio Díaz. 1

2 CONTENIDO TEMÁTICO. Unidad Tema Horas clase I 1. Fluidos. Conceptos básicos 1.1. Definiciones y conceptos básicos Densidad y presión Fluidos en reposo. 1.. Medición de la presión Principio de Pascal Principio de Arquímedes Tensión superficial Fluidos ideales en movimiento Ecuación de continuidad Ecuación de Bernoulli Capilaridad II III IV 2. Oscilaciones 2.1. Movimiento armónico simple 2.2. Fuerza y energía en movimiento armónico simple 2.3. Péndulo de torsión 2.. Péndulo real y medición de la aceleración de la gravedad g 3. Ondas 3.1. Tipos de ondas: mecánicas, electromagnéticas y de materia, transversas y longitudinales Caracterización de una onda (longitud de onda, frecuencia angular, frecuencia, periodo, vector de onda) Pulsos sobre una cuerda tensa, derivación de la 2ª. Ley de Newton. 3.. Conceptos de energía potencial y cinética para una onda que viaja sobre una cuerda Superposición de ondas Interferencia de ondas Ondas estacionarias y resonancia Ondas sonoras. Velocidad del sonido, intensidad y volumen Ondas sonoras viajeras Interferencia en ondas sonoras Efecto Doppler para ondas sonoras y para luz.. Conceptos básicos de la termodinámica.1. Temperatura. Ley cero de la termodinámica..2. Medición de la temperatura. Definiciones y escalas (Capacidad calorífica, calor específico)..3. Temperatura y calor... Calor y trabajo.5. Energía, calor y trabajo en nanosistemas 2

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4 Unidad Tema Horas clase V 5. Primera ley de la termodinámica 5.1. Primera ley de la termodinámica Diferentes tipos de procesos: adiabáticos, a volumen constante, cíclicos, expansión libre Mecanismos de transferencia del calor. 5.. Primera ley en nanosistemas. VI 6. Teoría cinética de gases 6.1. Número de Avogadro Gases ideales Trabajo hecho por un gas ideal a temperatura constante. 6.. Presión, temperatura y rapidez promedio de las partículas en un gas ideal Energía cinética traslacional y camino libre medio de las partículas en un gas ideal Calor molar específico de un gas ideal a volumen constante y a presión constante. Relación con grados de libertad Expansión adiabática de un gas ideal. Expansión libre. VII VIII 7. Entropía y segunda ley de la termodinámica 7.1. Definición de entropía Cambio de entropía en procesos reversibles e irreversibles en sistemas cerrados y su relación con la segunda ley de la termodinámica Máquinas térmicas. Máquina de Stirling como prototipo. Eficiencia. 7.. Refrigeradores. Eficiencia Entropía desde el punto de vista estadístico Irreversibilidad de los procesos naturales El principio de incremento de entropía Degradación de la energía Segunda ley en nanosistemas. 8. Aplicación de termodinámica clásica a nanomateriales 2 Bibliografía básica García Colín, L., 1990, Introducción a la termodinámica clásica, Editorial Trillas, México. ISBN: García Colín, L., Ponce, L., 1990, Problemario de termodinámica clásica, Editorial Trillas, México. ISBN: 87-0 Halliday, D., Resnik, R, Walker, J., 2007, Fundamentals of Physics, 8 th Edition, John Wiley & Sons, Inc. NY., USA. ISBN-10: ISBN-13:

5 Bibliografía complementaria Centro de Nanociencias y Nanotecnología Manzoori GA, Principles of Nanotechnology: Molecular-Based Study of Condensed Matter in Small Systems. World Scientific Publishing. (Monte Carlo Simmulation Methods for Nanosystems). Hornyak GL, Duta J, Tibbals HF, Rao A Introduction to Nanoscience. CRC Press, 1 st edition. ISBN-10: ; ISBN-13: PRÁCTICAS DE LABORATORIO SUGERIDAS TEMAS # HORAS I Fluidos 10 II Ondas III Calor 10 Total horas 32 SUGERENCIAS DIDÁCTICAS TÉCNICAS DE EVALUACIÓN SUGERIDAS Exposición oral x Exámenes parciales x Exposición audiovisual x Examen final x Ejercicios dentro de clase x Trabajos y tareas fuera del aula x Ejercicios fuera del aula x Prácticas de laboratorio x Lecturas obligatorias x Participación en clase x Prácticas de taller o laboratorio x Desempeño en la clase de teoría 60% Desempeño en el taller o laboratorio 0% ESTRATEGIAS DE ENSEŇANZA Se sugiere dar mayor importancia a la realización completa del diseño experimental, que al número de experimentos efectuados. Se busca estimular el ingenio mostrado por el alumno y el trabajo en equipo. PERFIL DE LOS PROFESORES QUE PUEDEN IMPARTIR LA TEORÍA: Profesor con estudios de posgrado (maestría o doctorado) en ciencias físicas, matemáticas o de las ingenierías, con experiencia en la enseñanza de la física. PERFIL DE LOS PROFESORES QUE PUEDEN IMPARTIR EL LABORATORIO: Profesor con estudios en ciencias físicas, matemáticas o de las ingenierías, con estudios de posgrado (maestría o doctorado), con experiencia en la enseñanza de la física y trabajo en laboratorio. 5