Contenido Programático Detallado ASIGNATURA: FÍSICA DE CALOR, ONDAS Y ESTRUCTURA ATÓMICA Dirección de Ciencias Naturales Área de: FÍSICA CÓDIGO: Mnemónico: FICO Numérico: 1. OBJETIVOS GENERALES Lograr que el estudiante entienda que este curso de Ondas, Termodinámica y Estructura del átomo, es la continuación de los cursos de Física mecánica y electromagnetismo. Lograr que el estudiante reconozca la existencia de las vibraciones y las ondas, su interpretación física y su representación matemática. Lograr que el estudiante reconozca el vínculo entre el movimiento microscópico y las magnitudes termodinámicas. Lograr que el estudiante entienda la necesidad de una nueva teoría, para explicar y analizar los fenómenos físicos microscópicos. Argumentar la importancia de la Física y su relación con el desarrollo de la sociedad y la técnica. Desarrollar en el estudiante una disciplina de estudio, que contribuya al espíritu creativo e innovador. Propiciar que el estudiante aprenda a trabajar adecuadamente en grupo (equipo) y también de manera individual. Posibilitar que el estudiante use eficientemente las herramientas tecnológicas a su alcance, para la solución de los problemas. Involucrar al estudiante de manera activa en el proceso de enseñanza-aprendizaje mediante lecturas previas de los temas a tratar y mediante la asignación de problemas que deben ser resueltos en el aula. ESPECÍFICOS Al terminar el curso, el estudiante estará en capacidad de: Reconocer la existencia de las ondas mecánicas y electromagnéticas, así como su modelo e interpretación matemática. Identificar el modelo y el significado físico de las ondas mecánicas y electromagnéticas. Operar, en situaciones sencillas, con el modelo físico de las ondas mecánicas y electromagnéticas, así como con su representación matemática. Reconocer que la temperatura y el calor son el resultado del movimiento microscópico de los componentes de la materia. Enunciar correctamente las leyes de la termodinámica, escribir su representación
matemática y explicar su significado físico. Usar adecuadamente las leyes de la termodinámica en casos sencillos. Entender el origen de la mecánica cuántica, así como la importancia y la necesidad de nuevos modelos físicos que permiten explicar la radiación de cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, los espectros atómicos y los rayos X. Entender el modelo físico para el átomo de Bohr. Identificar la relación entre el modelo del átomo y la organización de los elementos químicos en la tabla periódica. Entender y diferenciar los distintos tipos de enlaces atómicos que conforman la materia en estado sólido, líquido y gas. 2. JUSTIFICACIÓN Los fenómenos ondulatorios y vibratorios siempre están presentes en la naturaleza. La comprensión de estos fenómenos y sus efectos, requieren de conceptos físicos que se estudian en esta asignatura. Como ejemplo de ello se pueden citar las vibraciones en máquinas mecánicas, eléctricas y estructuras civiles; los circuitos oscilantes en sistemas eléctricos y electrónicos; las aplicaciones médicas; la óptica y las telecomunicaciones. El uso y aprovechamiento del calor, ha permitido que el ser humano transforme su entorno. Esta transformación se hace más eficiente a partir del desarrollo y consolidación de los conceptos físicos que hoy constituyen la rama de la física denominada termodinámica: es decir, los conceptos de calor, temperatura, calor específico, entalpía, entropía y máquina térmica. Estos conceptos, al ser aplicados, han posibilitado el mejoramiento de la eficiencia de las maquinas térmicas, los procesos industriales así como la transformación, generación y aprovechamiento de la energía. Por lo tanto es fundamental que el estudiante de ingeniería adquiera una compresión de los conceptos de la termodinámica y de sus contenidos. Una de las consecuencias de la comprensión física de lo que son el calor y la temperatura, es la aceptación de que la materia posee una estructura atómica. El desarrollo de la física atómica ha permitido comprender y explicar la estructura de los materiales, el desarrollo de nuevos materiales, de micro dispositivos y de nano dispositivos. 3. REQUISITOS ACADÉMICOS FIEM 4. CORREQUISITO ACADÉMICO 5. CRÉDITOS ACADÉMICOS Tiempo presencial (en horas al semestre) 96 Tiempo independiente (en horas al semestre) 96 Total de créditos académicos 4
6. INTENSIDAD SEMANAL Exposición Magistral 4.5 Laboratorio 1.5 Trabajo individual 6.0 Total de horas/semana 12.0 7. CONTENIDO PROGRAMÁTICO RESUMIDO 1. ONDAS 2. TERMODINAMICA 3. ESTRUCTURA DEL ATOMO 8. CONTENIDO PROGRAMÁTICO DETALLADO 1. ONDAS FUNDAMENTOS DEL MOVIMIENTO OSCILATORIO Oscilaciones libres ideales (M.A.S). Oscilaciones libres amortiguadas. Oscilaciones amortiguadas, forzadas y resonancia. ONDAS MECÁNICAS TRANSVERSALES Concepto de onda y ecuación de onda unidimensional. Ecuación diferencial de onda y rapidez de onda. Energía transportada por una onda. Interferencia de ondas mecánicas y ondas estacionarias. LONGITUDINALES Tipos de ondas. Ondas sonoras: sonido en diferentes medios. Rapidez de las ondas sonoras. Intensidad del sonido y escala en decibeles. Interferencia de ondas sonoras y ondas estacionarias. Efecto Doppler. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS FUNDAMENTOS Cómo crear una onda electromagnética. Ecuaciones de Maxwell y ecuación diferencial de onda. Características y clases de ondas electromagnéticas. Energía y momento lineal de una onda electromagnética. El espectro electromagnético y el rango visible.
ÓPTICA GEOMÉTRICA Aproximación y concepto de rayo. Leyes de la óptica geométrica: reflexión y refracción. OPTICA FISICA Interferencia de la luz experimento de Young. Difracción de la luz: una y varias rendijas. Polarización de la luz. 2. TERMODINÁMICA FUNDAMENTOS DE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA Modelo cinético molecular. Estados de la materia. Temperatura y calor. Ecuación y variables de estado. LEY CERO Y TERMOMETRIA Calorimetría. Calor específico. Calor latente. Mecanismos de transferencia de calor. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Diagrama pv y procesos termodinámicos. Entalpía. Maquina térmica: ciclo de Carnot. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Reversibilidad. Entropía y Diagrama TS. Máquina térmica: eficiencia. 3. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO INTRODUCCION Origen de la mecánica cuántica. Radiación del cuerpo negro. Efecto fotoeléctrico. Rayos X. Espectros atómicos. MODELO ATÓMICO DE BOHR Modelo atómico nuclear y sus problemas. Postulados de Bohr. Desarrollo y solución de radios, velocidades y energía para átomos de un electrón. Espectro para el átomo de Hidrogeno. Números cuánticos. TABLA PERIÓDICA Principio de exclusión de Pauli. Configuración electrónica.
ENLACES ATÓMICOS Iónico. Covalente. Van der Waals. Puente de Hidrogeno. Metálico. 9. METODOLOGÍA Un estudiante de la Escuela Colombiana de Ingeniería ha de adquirir desde su inicio una disciplina en su formación académica, con alta capacidad de raciocinio y constante empeño por su superación y excelencia académica y de formación profesional. La base fundamental para el desarrollo de la asignatura tanto en su comprensión como en su aprendizaje es la clase magistral, con el apoyo de las herramientas tecnológicas audiovisuales, en la medida en que éstas sean necesarias y la participación activa del estudiante en el tema, reforzando de esta manera su conocimiento. Se aplicarán talleres de problemas temáticos que le permitan al estudiante aplicar los conceptos estudiados previamente, así como adquirir destrezas y alta capacidad de raciocinio. Siendo la asignatura teórico-práctica, se desarrollarán prácticas de laboratorio, que le permitan al estudiante adquirir experiencia en el manejo de instrumentos de medición, toma de datos y análisis de los mismos así como aplicar y afianzar los conocimientos adquiridos y desarrollar habilidades de pensamiento, que le faciliten enfrentar problemas reales y lo estimulen en su formación técnica y científica. El apoyo permanente de los profesores, les permite aclarar dudas y superar las dificultades presentadas en su aprendizaje y recibir las recomendaciones necesarias para su posterior superación. Se propone realizar las siguientes actividades para con los estudiantes: CLASE TEÓRICA: Exposición de conceptos, realización de experimentos demostrativos en el aula de clase, presentación de videos y simulaciones en computador. TALLERES: Resolución de ejercicios en clase así como explicación y aclaración de ejercicios resueltos como trabajo autónomo por el estudiante. Construcción de experimentos caseros por parte del estudiante. LECTURAS: Motivar al estudiante en los temas de la signatura con lecturas de interés. AMBIENTE VIRTUAL: Motivar al docente y al estudiante a usar las nuevas tecnologías de la información realizando talleres, simulaciones e informes empleando el ambiente virtual.
10. EVALUACIÓN La gestión universitaria en la Escuela Colombiana de ingeniería está enmarcada por la evaluación continua de sus actividades y de los resultados. Teniendo en cuenta que la evaluación del desempeño del estudiante es un proceso de valoración continua de la enseñanza aprendizaje acorde con los objetivos enmarcados en la asignatura, han de involucrarse evaluaciones temáticas permanentes, tanto de la parte conceptual como en sus aplicaciones, que le posibiliten la retroalimentación de su conocimiento; evaluaciones parciales que permitan valorar la superación en su proceso de aprendizaje y la evaluación general que permita valorar la superación de los objetivos; la valoración de talleres temáticos que le permiten aplicar su conocimiento, además de la evaluación permanente de las prácticas experimentales que permitan valorar su capacidad de análisis, orientar y reajustar su capacidad de análisis y formación técnicocientífica. La asignatura será calificada de la siguiente manera: La calificación final de cada una de las asignaturas será el resultado de ponderar la calificación de la teoría con un peso del 80% y la del laboratorio con un peso del 20%, siempre y cuando se haya aprobado la teoría. En caso de reprobarse la teoría, la calificación final de la asignatura será la obtenida en la teoría. La calificación final, tanto de la teoría como de las prácticas de laboratorio, se calculará de acuerdo con el procedimiento descrito en el Reglamento Estudiantil vigente. 11. BIBLIOGRAFÍA Texto principal Sears & Zemansky. FÍSICA UNIVERSITARIA Vol I Décima segunda edición, Editorial Pearson Otras referencias para consultas Serway, Jewet. FÍSICA. Sexta edición. Editorial Thomson Gettys, Keller Skove. FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA Segunda edición. Editorial Mc Graw Hill.. Paul G Hewitt, FÍSICA CONCEPTUAL 10 edición. Editorial Pearson Paul Tipler. FÍSICA Tomos 1 y 2, Editorial Reverte. Alonso, Finn. FÍSICA Vol 1 y 2, Editorial Addison Wesley Richard Feynman. FÍSICA Tomos 1 y 2. Editorial Addison Wesley 12. VIGENCIA Y MODIFICACIONES Contenidos vigentes desde: 15/08/2009 Contenidos vigentes hasta: Nueva actualización Última fecha de actualización: 01/09/2008
Penúltima fecha de actualización: 19/04/2004