Richart Falconi Calderón Fecha de elaboración: Agosto de 2004 Fecha de última actualización: Julio de Presentación

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1 Programa elaborado por: PROGRAMA DE ESTUDIO TERMODINÁMICA Programa Educativo: Ingeniería Geofísica Área de Formación : Sustantiva Profesional Horas teóricas: 3 Horas prácticas: 2 Total de Horas: 5 Total de créditos: 8 Clave: F1218 Tipo : Asignatura Carácter de la asignatura Obligatoria Richart Falconi Calderón Fecha de elaboración: Agosto de 2004 Fecha de última actualización: Julio de 2010 *Seriación explícita Asignatura antecedente Si Asignatura Subsecuente Seriación implícita Conocimientos previos: No Presentación F1218 Termodinámica 1/9

2 La termodinámica contempla el estudio de las propiedades y el comportamiento de sistemas físicos macroscópicos en interacción con su entorno. Establece cuatro leyes fundamentales que rigen la direccionalidad de los procesos, la conversión y transferencia de energía entre sistemas denominados termodinámicos, y proporciona las herramientas para estudiar la estabilidad de los mismos en condiciones dentro y fuera del equilibrio. Objetivo General Comprender los fundamentos de la termodinámica cubriendo sus principios fundamentales, la física contenida en cada una de ellas y sus potenciales aplicaciones básicas a sistemas termodinámicos (metales, polímeros, líquidos, gases, soluciones, aleaciones, cristales, etc.) Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Competencia: Una comprensión fenomenológica profunda de las leyes que determinan el comportamiento de la materia en interacción con el medio que la contacta. Habilidades: Destreza para identificar y cuantificar las propiedades estructurales y electrónicas de materiales que son científica y tecnológicamente importantes que le permitan dar soluciones a problemas afines. Actitudes: Participación entusiasta, razonamiento y búsqueda de los principios lógicos del conocimiento. Valores: Una comunicación basada en el respeto, puntualidad, superación y servicio mediante la generación y aplicación del conocimiento. Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura F1218 Termodinámica 2/9

3 Generar y aplicar principios, leyes, métodos y técnicas de la física en el campo experimental para comprender y explicar fenómenos relacionados con el campo profesional. Escenario de El curso requiere de salón de clases habilitado para uso de herramientas de proyección, recursos bibliotecarios y de Internet. Perfil sugerido del docente De preferencia con doctorado en el área de Fisicoquímica o áreas afines. Contenido Temático 1 CONCEPTOS BÁSICOS Objetivo particular Introducir las definiciones básicas que permiten definir un sistema termodinámico. Hrs. estimadas Generalidades Variables termodinámicas Variables intensivas y Conocerá el concepto de sistema y los distintos tipos de paredes. Podrá identificar las coordenadas Explique la diferencia entre sistema, entorno y universo termodinámico. Presente ejemplos de pared 60 % Primer Examen F1218 Termodinámica 3/9

4 extensivas Paredes y ligaduras El problema fundamental de la termodinámica. termodinámicas de un sistema. Adicionalmente será capaz de distinguir las variables extensivas e intensivas. adiabática y pared diatérmica para notar sus diferencias y su relación con las ligaduras. Presente las variables extensivas como propiedades de bulto y las intensivas como propiedades puntuales. Que el estudiante haga una lista de sistemas termodinámicos, señalando el tipo de paredes del mismo y sus variables extensivas e intensivas. Para la de 2 ECUACIÓN DE ESTADO Y TRABAJO Objetivo particular El alumno conocerá la ley cero de la termodinámica, así como la naturaleza de los procesos cuasiestáticos y las características del trabajo termodinámico. Hrs. estimadas Ley cero de la termodinámica Ecuaciones de estado Cambios infinitesimales de estado. El estudiante comprenderá la ley cero de la termodinámica y lo relacionara con el equilibrio de un sistema. Conocerá Ilustre la ley cero de la termodinámica considerando sistemas simples. Enfatice las características del trabajo termodinámico. PRIMER EXAMEN PARCIAL 60% Primer Examen F1218 Termodinámica 4/9

5 2.4. Trabajo Procesos cuasiestáticos Trabajo en un sistema hidrostático El trabajo depende de la trayectoria Trabajo en procesos cuasiestáticos. como la ley cero conduce a la identificación de la ecuación de estado. Comprenderá cómo se obtiene la escala de temperatura absoluta. Al concluir la unidad será capaz de calcular el trabajo en un proceso cuasiestatico. Resuelva problemas que ilustren los conceptos introducidos y deje tareas que permitan reafirmar los conocimientos adquiridos. Para la de 3 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Objetivo particular El estudiante conocerá el concepto de calor y lo empleará en la formulación de la primera ley de la termodinámica. Hrs. estimadas Trabajo y calor Trabajo adiabático Función energía interna Formulación matemática del primer principio de la termodinámica Concepto de Calor Forma diferencial del El estudiante comprenderá el concepto de calor y lo podrá diferenciar del trabajo y de la energía interna. Podrá distinguir entre variable de proceso y variable de estado. Entenderá la importancia de Enfatice que la relación entre energía interna de un sistema y trabajo adiabático. Puntualice que una función con diferencial exacta está asociada a estados y una inexacta a procesos o trayectorias. 60 % Segundo Examen Para la de F1218 Termodinámica 5/9

6 primer principio de la termodinámica Capacidad calorífica y su medida Transferencia de calor Energía interna de los gases La representación X-Y Proceso adiabático en un gas ideal Propagación del sonido en gases Ciclo de Carnot. la primera ley de la termodinámica como una de las leyes fundamentales para Realice problemas que permitan el cálculo de la energía de un sistema en diferentes situaciones. 4 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Objetivo particular Comprender el contenido físico de la segunda ley de la termodinámica. Conocerá los conceptos de entropía, reversibilidad e irreversibilidad. Hrs. estimadas La segunda ley de la termodinámica Postulados de Kelvin y de Clausius Reversibilidad e irreversibilidad 4.3. Condiciones para El estudiante conocerá los postulados de Kelvin y Clausius y sus implicaciones físicas. Comprenderá el concepto de entropía y su relación con los grados de libertad de un sistema Explique con detalle la equivalencia entre los postulados de Kelvin y Clausius. Utilizará ejemplos simples para explicar el concepto de entropía. Mostrar que la entropía SEGUNDO EXAMEN PARCIAL. 60% Segundo Examen F1218 Termodinámica 6/9

7 Reversibilidad Escala universal o termodinámica de temperatura Definición de entropía Entropía de un gas ideal Diagrama TS Entropía y reversibilidad e irreversibilidad Entropía y estados de no equilibrio Principio de máxima entropía Entropía y desorden. termodinámico. Entenderá los procesos reversibles e irreversibles en función de la entropía. Adicionalmente, comprenderá que se puede definir una escala universal de temperatura que es independiente de las propiedades de la sustancia termométrica. satisface un principio extremal y analizar las consecuencias físicas de esto. Resolver un número apropiado de problemas para reafirmar los conceptos adquiridos en esta unidad. Para la de 5 FORMULACIONES ALTERNATIVAS Y POTENCIALES TERMODINÁMICOS Objetivo particular El estudiante comprenderá que existen diferentes representaciones para la ecuación fundamental, así como la manera de pasar de una a otra mediante transformadas de Legendre. Hrs. estimadas Principio de energía mínima Transformaciones de El estudiante conocerá el método de las transformaciones de Explique la interpretación geométrica de las transformaciones de 60 % Tercer examen F1218 Termodinámica 7/9

8 Legendre Método general para construir potenciales termodinámicos Principio de mínimo para los potenciales La energía libre de Helmholtz La energía libre de Gibbs La entalpía Relaciones de Maxwell 5.6. Método de los Jacobianos. Legendre para obtener los potenciales termodinámicos. Será capaz de utilizar los potenciales termodinámicos para obtener expresiones de la temperatura, presión, calor específico a volumen y presión constantes; en función de estos potenciales. Adicionalmente utilizará esta información para obtener las relaciones de Maxwell. Legendre. Enfatice las ventajas de las formulaciones alternativas, en el análisis de un sistema termodinámico. Realice problemas con todo detalle. Para la de 6 TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Objetivo particular Comprender la ley que gobierna los fenómenos termodinámicos en el régimen de bajas temperaturas. Hrs. estimadas Postulado de Nernst. 6.2 Consecuencias del Postulado de Nerst Calores específicos a bajas Temperaturas La imposibilidad de la El estudiante comprenderá la tercera ley de la termodinámica y su relación con fenómenos a bajas temperaturas. Conocerá que ésta es una ley valida para Indique claramente la diferencia de la tercera ley de la termodinámica con las dos leyes anteriores a esta. Ejemplifique cómo se emplea la tercera ley para TERCER EXAMEN PARCIAL. 30 % Tareas. 60 % Tercer examen F1218 Termodinámica 8/9

9 temperatura cero. sólidos, líquidos y gases. calcular valores absolutos de entropía. Deje una investigación relacionada con fenómenos a bajas temperaturas, la cual podría ser sobre temas como: La superconductividad, la superfluidez, la condensación de Bose- Einstein, etc. 10% Exposición de tema de investigación bibliográfica. Para la de Bibliografía básica Callen, H. B. (1985). Thermodynamics and an introduction to termostatistics: 2 nd Edition, Wiley publisher, USA. García-Colín, S. L. (1990). Introducción a la termodinámica clásica: 4ta. Edición, Trillas, México. Zemansky, M. W., Dittman, R.H. (1984). Calor y termodinámica: 6ta. Edición. Mc GrawHill, México. Sears, F. W., Salinger, G. L. (1980). Termodinámica, teoría cinética y termodinámica estadística: Adison Wesley, Publishing Company, Inc. Borgnakke, C., Sonntag, R. E. (2009). Fundamentals of Thermodynamic: John Wiley & Sons, Inc. Bibliografía complementaria Sonntag, R. E. (1991). Introduction to thermodynamics, classical and statistical: 3 rd Edition, Wiley, USA. Stowe, K. (1984). Introduction to statistical mechanics and thermodynamics: Wiley, México. Reichl, L. E. (1980). A modern course in statistical physics: University of Texas Press, USA. F1218 Termodinámica 9/9