Termodinámica Fundamental

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona FIS - Departamento de Física GRADO EN INGENIERÍA DE MATERIALES (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) 6 Idiomas docencia: Catalán, Castellano Profesorado Responsable: DAVID ORENCIO LOPEZ PEREZ Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, la termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Metodologías docentes La planificación del curso se basa en el trabajo continuo del estudiante a lo largo de todo el cuatrimestre. La asistencia del estudiante a clase se hace imprescindible para poder llevar a cabo las diferentes actividades presenciales programadas, algunas a título individual y otras en grupo. A lo largo de todo el cuatrimestre se programarán sesiones de teoría y de problemas de forma flexible, es decir, puede haber alguna semana en que el estudiante mayoritariamente reciba o bien enseñanzas teóricas o bien haga resolución de problemas, pero globalmente las sesiones teóricas no supondrán de ninguna manera más del 50% de las horas presenciales. Consideramos que el aprendizaje de la disciplina implica necesariamente la comprensión de los conceptos teóricos y su aplicación a situaciones concretas de la ingeniería relacionadas con los fenómenos térmicos por tal de lograr las competencias específicas. Las actividades del alumno en el laboratorio, de unas 8 h presenciales como máximo se programarán concentradas con preferencia hacia el final del cuatrimestre. Se pretende que el alumno tenga una actitud activa en el laboratorio que le permita razonar sobre los conocimientos teóricos adquiridos durante el curso. Es por eso que se hace imprescindible la ubicación temporal de esta actividad hacia el final del curso. Objetivos de aprendizaje de la asignatura El objetivo general es lograr las competencias básicas de la Termodinámica Clásica proporcionando una introducción equilibrada a los conceptos y a los fenómenos más relevantes y formando a la vez un fundamento sólido para los desarrollos posteriores. Objetivos específicos: - Introducir los conceptos y principios fundamentales en forma explícita y proporcionar al estudiantado la información adecuada que permita entender razonadamente los fenómenos térmicos - Conseguir que los estudiantes se sientan cómodos abordando problemas particulares en los dominios de la ingeniería industrial, de la ingeniería química y de la ingeniería de materiales. - Expresar las magnitudes con sus unidades en el SI, así como conocer los factores de conversión en otros sistemas de unidades. - Conocer el funcionamiento de dispositivos de medida relacionados con los contenidos de la asignatura. - Conseguir que los estudiantes hagan una reflexión sobre los resultados numéricos obtenidos 1 / 6

2 Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 52h 34.67% Horas grupo mediano: 0h 0.00% Horas grupo pequeño: 8h 5.33% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 90h 60.00% 2 / 6

3 Contenidos Tema I. Conceptos básicos Dedicación: 12h Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 2h Aprendizaje autónomo: 7h Introducción a la termodinámica.sistema termodinámico, variable termodinámica, estado de equilibrio, transformación termodinámica. Principio Cero y Temperatura. Termómetros y escaleras termométricas empíricas. Tema II. Sistemas monocomponentes Dedicación: 31h Grupo grande/teoría: 6h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 19h Sistemas Simples PVT: Ecuación térmica de estado y coeficientes térmicos. Sistema simple modelo: Gas Ideal.Gases reales y superficie característica PVT. Equilibrio líquido-vapor y humedad. Ecuaciones térmicas de estado del gas real. Ley de los estados correspondientes Tema III. Primer Principio de la Termodinámica Dedicación: 19h 30m Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 11h 30m Concepto de calor. Trabajo de dilatación en sistemas simples PVT. Trabajo disipativo. Primer Principio de la termodinámica y Energía interna. Entalpía Tema IV. Aplicaciones del Primer Principio de la Termodinámica Dedicación: 21h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 12h Propiedades energéticas de un sistema simple PVT. Experimento de Joule-Gay Lussac. Propiedades energéticas del gas ideal. Transformaciones termodinámicas de un gas ideal. Experimento de Joule-Kelvin y propiedades energéticas del gas real 3 / 6

4 Tema V. Segundo Principio de la Termodinámica: Máquinas Dedicación: 18h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Aprendizaje autónomo: 11h Ciclo de Carnot. Máquinas: térmicas, frigoríficas y termobombas. Segundo Principio de la termodinámica: Enunciados de Clausius y Kelvin-Planck. Teorema de Carnot. Ejemplos de motores. Tema VI. Segundo Principio de la Termodinámica: Entropía Dedicación: 22h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 5h Aprendizaje autónomo: 13h Teorema de Clausius. Entropía. Entropía de un gas ideal. Entropía de una mezcla de gases ideales. Enunciados entrópicos del Segundo Principio de la Termodinámica. Degradación de la energía. Entropía y desorden. Tema VII. Potenciales Termodinámicos Dedicación: 14h 30m Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 3h Aprendizaje autónomo: 8h 30m Potenciales termodinámicas en sistemas simples PVT. Relaciones de Maxwell. Condiciones de equilibrio. Ecuaciones T ds. Ecuación de Mayer generalizada. Coeficiente Joule-Kelvin Tema VIII. Transiciones de Fase en sistemas monocomponentes Dedicación: 9h Grupo grande/teoría: 2h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 6h Condición de equilibrio entre fases en sistemas simples PVT. Transiciones de fase de primer orden: Ecuación de Clausius-Clapeyron. Transiciones de fase de orden superior. 4 / 6

5 Planificación de actividades TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES (PRÁCTICA PREVIA) Dedicación: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Aprendizaje autónomo: 2h Los alumnos medirán, en grupos de 2, un conjunto de datos experimentales relacionados con la termodinámica en las que se piden un conjunto de habilidades: representación gráfica, regresión lineal y reflexión sobre los resultados obtenidos. Sistema de calificación La evaluación tiene en cuenta tres mecanismos: - Examen final (EF). Prueba escrita de problemas y teoría que permita certificar el grado de logro global de las competencias específicas. - Prueba de medio cuatrimestre (MQ). Prueba de ejercicios teórico-prácticos tipo test que permita al estudiantado una reflexión sobre el grado de logro de competencias en media asignatura. - Laboratorio (LAB). Evaluación de la actividad hecha por el alumno en el laboratorio en grupo. La no asistencia por parte del alumno computará este mecanismo como un cero (no logrado) sin posibilidad de recuperación. La nota final se calcula de acuerdo a la formula: NotaFinal= 0,6xEF+0,25xMQ+0,15xLAB Normas de realización de las actividades El examen final constará de dos partes bien diferenciadas: una con un formulario oficial confeccionado por los profesores que imparten la asignatura y el otro sin formulario. Los profesores podran decidir si alguna de las partes no necesita calculadora para su resolución. El parcial de medio quadrimestre se realizará sin formulario y con calculadora o sin. 5 / 6

6 Bibliografía Básica: Ortega Girón, Manuel R. ; Ibañez Mengual, José A. Lecciones de física: termología. 8ª ed. Córdoba: Universidad de Córdoba. Departamento de Física Aplicada, ISBN Barrio Casado, María del [et al]. Problemas resueltos de termodinámica. Madrid: Thomson, ISBN Barrio, María del [et al]. Termodinámica básica : Ejercicios [en línea]. Barcelona: Edicions UPC, 2006 [Consulta: 12/09/2017]. Disponible a: < ISBN Complementaria: Aguilar Peris, José. Curso de termodinámica. 3ª ed. Madrid: Alhambra, ISBN Sears, Francis Weston ; Gerard L. Salinger. Termodinámica, teoría cinética y termodinámica estadística. 2ª ed. Barcelona: Reverté, ISBN Zemansky, Mark Waldo ; Richard H. Dittman. Calor y termodinámica. 6ª ed. Madrid: McGraw-Hill, ISBN Tejerina, A.F. Termodinámica. Madrid: Paraninfo, ISBN Otros recursos: Manuales de enunciados de problemas, preguntas de test y de prácticas de laboratorio. 6 / 6