PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Termodinámica"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Termodinámica" Grupo: Grp Clases Teóricas-Prácticas Termodinámica.(930131) Titulacion: Doble Grado en Física y Matemáticas Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Doble Grado en Física y Matemáticas 2013 Facultad de Matemáticas Termodinámica Obligatoria 2º Curso completo Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Grp Clases Teóricas-Prácticas Termodinámica. (2) Física de la Materia Condensada (Área principal) Física de la Materia Condensada (Departamento responsable) FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N SEVILLA COORDINADOR DE LA ASIGNATURA CORDOBA ZURITA, ANTONIO PROFESORADO GALLARDO CRUZ, MARIA DEL CARMEN MARTIN OLALLA, JOSE MARIA ROMERO LANDA, FRANCISCO JAVIER Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

2 4 5 6 LUQUE PALOMO, JOSE JUAN FRANCO GARCIA, VICTORINO CORDOBA ZURITA, ANTONIO 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. Sistema termodinámico. Estados y procesos. Variables termodinámicas: variables intensivas y extensivas. Homogeneidad y fases. Lección 2. Equilibrio térmico. Principio cero de la termodinámica. Temperatura empírica. Termómetros. Escala del gas ideal y temperatura absoluta. Lección 3. Ecuaciones térmicas de estado. Ecuaciones de estado para diferentes sistemas. Diagrama de fases de una sustancia pura. Coeficientes térmicos. Lección 4. Interacción mecánica. Trabajo: tipos y propiedades. Trabajo cuasiestático. Expresión generalizada. Lección 5. Experimento de Joule. Trabajo adiabático y energía interna. Concepto de calor. Transmisión del calor. Formulación del primer principio de la termodinámica. Entalpía. Lección 6. Ecuaciones energéticas de estado. Calores específicos. Ley de Hess y ecuación de Kirchoff. Procesos politrópicos. Lección 7. Procesos cíclicos y máquinas térmicas.. Enunciados clásicos del segundo principio de la termodinámica. Reversibilidad e irreversibilidad. Lección 8. Teorema de Carnot. Temperatura termodinámica. Composición de ciclos. Teorema de Clausius. Definición de entropía. Formulación de Caratheodory del segundo principio. Lección 9. Propiedades de la entropía. Entropía y criterio de evolución. Entropía y disipación. Entropía y orden. Entropía de mezcla. Relaciones de la entropía. Lección 10. Ecuación fundamental de la termodinámica. La energía interna como potencial termodinámico. La masa como variable termodinámica: hipótesis de Gibbs. Potencial químico. Condiciones de equilibrio. Lección 11. El método termodinámico. Potenciales termodinámicos. Principios de mínimo para los potenciales termodinámicos. Energía utilizable: trabajo máximo. Exergía. Lección 12. Ecuaciones de Gibbs-Helmhotz. Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones TdS. Relaciones entre coeficientes termodinámicos. Segundo cuatrimestre Lección 13. Homogeneidad de las funciones termodinámicas. Ecuación de Gibbs-Duhem. Sistemas multicomponentes. Condiciones de equilibrio en sistemas heterogéneos. Condiciones de equilibrio en sistemas heterogéneos: regla de las fases. Estudio de algunas propiedades de sistemas multicomponentes: disoluciones. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

3 Lección 14. Sistemas termodinámicos abiertos: volumen de control. Flujo permanente. Balance de masa. Trabajo de impulsión. Formulación del primer y segundo principios para sistemas abiertos en flujo permanente. Dispositivos de flujo permanente. Efecto Joule-Kelvin. Lección 15. Sistemas sometidos a campo eléctrico. Electrostricción. Efecto electrocalórico. Piezoelectricidad. Sistemas sometidos a campo magnético. Efectos presión/campo magnético. Efecto magnetocalórico. Desimanación adiabática. Obtención de ultrabajas temperaturas. Leccción 16. Equilibrio y estabilidad. Estabilidad intrínseca de sistemas de un solo componente. Estabilidad mutua de sistemas de un solo componente. Principio de Le Chatelier. Principio de Le Chatelier-Braun. Lección 17. Fluctuaciones termodinámicas. Distribución de las fluctuaciones. Fluctuaciones de las magnitudes termodinámicas. Lección 18. Singularidades en los sistemas termodinámicos: cambios de fase. Transiciones de fase discontinuas. Diagramas de fase de un cuerpo puro: punto triple y punto crítico. Ecuación de Clapeyron y aproximación de Clausius. Estados metaestables. Diagramas de fases para sistemas multicomponentes. Ascenso ebulloscópico y descenso crioscópico. Lección 19. Transiciones de fase continuas. Descripción fenomenológica de algunas transiciones continuas. Exponentes críticos. Teoría de Landau. Leyes de escala y universalidad. Lección 20. Propiedades de la materia en la proximidad del cero absoluto. Teorema del calor de Nernst. Formulación de Plank del tercer principio de la termodinámica. Consecuencias. Lección 21. Introducción a la Termodinámica de los Procesos Irreversibles. Hipótesis de equilibrio local. Ecuaciones de balance y producción de entropía. Ecuaciones fenomenológicas. Principio de Curie. Relaciones de Onsager. Teorema de mínima producción de entropía. Lección 22. Fenómenos termoeléctricos. Efectos Seebeck y Peltier. Calor Joule y calor Tomson. Relaciones de Kelvin. Aplicaciones. 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 (ATD). Pantalla adiabática. Calorimetría. Distintos tipos de calorímetros. Calorimetría Diferencial de Barrido (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 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 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

4 Prácticas de Laboratorio Realización de practicas en el laboratorio Capacidad de medida, interpretación y diseño de experiencias en el laboratorio o en el entorno 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 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

5 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 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 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

6 Calor y Termodinámica Zemansky, Mark W. Edición: a ed McGraw Hill Termodinámica C. Fernández Pineda, S. Velasco Maillo Edición: 2009 Editorial Universitaria Ramón Areces 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 Se realizarán dos exámenes parciales eliminatorios de la parte correspondiente en las fechas establecidas atendiendo a las materias teóricas, de seminarios y prácticas impartidas. 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. Además, a lo largo del cuatrimestre se realizará un ejercicio de clase cuya nota máxima será 1 punto. La calificación obtenida en este ejercicio se sumará a la nota obtenida en los parciales siempre que la media geométrica entre las notas de teoría y problemas sea al menos de un 4. 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, 3 y 4 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. Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

7 CENTRO: Facultad de Física 1 ª Convocatoria 28/6/2018 Hora: 9:30 Magna CENTRO: Facultad de Física 2 ª Convocatoria 12/9/2018 Hora: 9:30 Magna CENTRO: Facultad de Física Diciembre 27/11/2017 Hora: 16:0 Magna TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: ANTONIO CORDOBA ZURITA JOSE MARIA MARTIN OLALLA MARIA DEL CARMEN GALLARDO CRUZ FRANCISCO DE PAULA JIMENEZ MORALES MARIA DEL CARMEN LEMOS FERNANDEZ FRANCISCO JAVIER ROMERO LANDA 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. (930131) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: GALLARDO CRUZ, MARIA DEL CARMEN Martes Del 20/09/2017 al 16/01/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Miércoles Del 20/09/2017 al 16/01/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Jueves Del 20/09/2017 al 16/01/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8

8 Martes Del 06/02/2018 al 04/06/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Miércoles Del 06/02/2018 al 04/06/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Jueves Del 06/02/2018 al 04/06/2018 Hora: De 18:30 a 19:30 Curso académico: 2017/2018 Última modificación: de 8