Ministerio de Cultura y Educación
Universidad Nacional de San Luis
Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales
Departamento: Fisica
Área: Area I: Basica
(Programa del año 2016)
(Programa en trámite de aprobación)
(Programa presentado el 28/03/2016 15:28:06)
I - Oferta Académica
Materia Carrera Plan Año Periodo
FISICA TERMICA I LIC.EN FISICA 015/06 2016 1° cuatrimestre
FISICA TERMICA I PROF.EN FÍSICA 16/06 2016 1° cuatrimestre
II - Equipo Docente
Docente Función Cargo Dedicación
III - Características del Curso
Credito Horario Semanal Tipificación Duración
Teórico/Práctico Teóricas Prácticas de Aula Práct. de lab/ camp/ Resid/ PIP, etc. Total B - Teoria con prácticas de aula y laboratorio Desde Hasta Cantidad de Semanas Cantidad en Horas
Periodo
126 Hs. 28 Hs. 84 Hs. 14 Hs. 9 Hs. 1º Cuatrimestre 14/03/2016 24/06/2016 14 126
IV - Fundamentación
El presente curso es el primero dentro de la carrera referido al estudio de la física térmica y se realiza luego de que el alumno estudió un primer nivel de mecánica, electricidad y magnetismo,ondas y óptica. Se trata de un curso clásico de termodinámica de nivel medio dentro de la Licenciatura en Física.
V - Objetivos
Se pretende estudiar las leyes de la termodinámica, o sea el punto de vista macroscópico de la física térmica, poniendo énfasis en la teoría como una unidad lógica. Las numerosas aplicaciones que se estudian, permiten ver como se aplica la teoría, extraer conclusiones de los ejercicios propuestos o para afirmar conceptos teóricos cuya simple enunciado o descripción no pone de manifiesto todos sus aspectos de interés, u ofrece mayor dificultad en el aprendizaje.
Al finalizar el curso, los alumnos deberán tener claros los conceptos de la teoría y el método de aplicación para resolver casos concretos.
VI - Contenidos
BOLILLA N°1.- TEMPERATURA
Criterio macroscópico. Punto de vista microscópico. Comparación de los criterios macroscópico y microscópico. Objeto de la termodinámica. Equilibrio térmico. Concepto de temperatura. Medida de la temperatura. Comparación de termómetros. Termómetro de gas. Temperatura en escala de los gases perfectos. Escala Celsius de temperatura. Termómetro de resistencia eléctrica. Par termoeléctrico. Escala práctica internacional de temperaturas. Problemas.

BOLILLA N°2.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS MACROSCOPICOS
Fluctuaciones en el equilibrio. Irreversibilidad y tendencia al equilibrio. Ejemplos. Propiedades de la situación de equilibrio. Calor y temperatura. Magnitudes típicas. Problemas importantes de la física macroscópica. Resumen de definiciones. Sugerencia de lecturas suplementarias. Problemas.

BOLILLA N°3.- SISTEMAS TERMODINAMICOS SENCILLOS
Equilibrio termodinámico. Diagrama PV para una sustancia pura. Diagrama PT de una sustancia pura. Superficie PVT. Ecuaciones de estado. Cambios diferenciales de estado. Teoremas matemáticos. Hilo estirado. Lámina superficial. Pila reversible. Sólido paramagnético. Magnitudes intensivas y extensivas. Problemas.

BOLILLA N° 4.- TRABAJO
Trabajo. Procesos cuasi-estáticos. Trabajo de un sistema hidrostático. Diagrama PV. El trabajo depende de una trayectoria. Trabajo en procesos cuasi-estáticos. Ejemplos: hilo metálico, lámina superficial y pila reversible. Trabajo al variar la imanación de un sólido magnético. Resumen. Sistemas compuestos. Problemas.

BOLILLA N° 5.- CALOR Y PRIMER PRINCIPIO
Trabajo y calor. Trabajo adiabático. Función energía interna. Formulación matemática del primer principio. Concepto de calor. Forma diferencial del primer principio. Capacidad calorífica y su medida. Capacidad calorífica del agua. Caloría. Ecuaciones válidas para un sistema hidrostático. Flujo calorífico cuasi-estático. Foco calorífico. Conducción del calor. Conductividad térmica. Convección del calor. Radiación térmica. Cuerpo negro. Ley de Kirchoff. Calor radiado. Ley de Stefan - Boltzmann. Problemas.

BOLILLA N° 6.- GASES PERFECTOS
Ecuación de estado de un gas. Energía interna de un gas. Definición de un gas perfecto.Determinación experimental de capacidades caloríficas. Proceso adiabático cuasi-estático.Método de Clément y Désormes para la medida de ? Método de Rüchhardt. Velocidad de una onda longitudinal. Problemas.

BOLILLA N°7.- MOTORES, FRIGORIFICOS Y SEGUNDO PRINCIPIO
Transformación de trabajo en calor, y viceversa. Motor Stirling. Máquina de vapor. Motor de combustión interna. Enunciado Kelvin-Planck. Del segundo principio. Frigorífico. Equivalencia de los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. Problemas.

BOLILLA N° 8.- REVERSIBILIDAD Y ESCALA KELVIN DE TEMPERATURAS
Reversibilidad e irreversibilidad. Irreversibilidad mecánica externa. Irreversibilidad mecánica interna. Irreversibilidad térmica externa e interna. Irreversibilidad química. Condiciones necesarias para la reversibilidad. Existencia de superficies adiabáticas reversibles.Integrabilidad de dQ. Significado físico de ?.Escala Kelvin de temperaturas. Igualdad de las temperaturas de los gases perfectos y de la escala Kelvin. Problemas

BOLILLA N° 9.- ENTROPIA
Concepto de entropía. Entropía de un gas perfecto. Diagrama TS. Ciclo de Carnot. Entropía y reversibilidad. Entropía y estados inestables. Principio del aumento de entropía. Aplicaciones técnicas del principio de la entropía. Entropía y energía no utilizable. Entropía y desorden. Entropía y probabilidad termodinámica. Entropía y sentido. Entropía absoluta. Flujo y producción de entropía. Problemas.

BOLILLA N° 10.- SUSTANCIAS PURAS
Entalpía. Funciones de Helmholtz y de Gibbs. Teoremas matemáticos. Ecuaciones de Maxwell. Ecuaciones TdS. Ecuaciones de la energía. Ecuaciones de las capacidades caloríficas. Capacidad calorífica a presión constante. Coeficiente de dilatación y de comprensibilidad. Capacidad calorífica a volumen constante. Problemas.

BOLILLA N° 11.- CAMBIO DE FASE
Efecto Joule Kelvin. Licuación de gases por el efecto Joule Kelvin. Cambios de fase de primer orden . Ecuación de Clapeyron. Temperaturas negativas. Tercer principio de la Termodinámica. Problemas.

BOLILLA N° 12.- EQUILIBRIO QUIMICO
Ley de Dalton. Membrana semipermeable. Teorema de Gibbs. Entropía de una mezcla de gases perfectos inertes. Función de Gibbs de una mezcla de gases perfectos inertes. Equilibrio químico.

BOLILLA N°13.- APLICACIONES FISICAS-SEMINARIO
Pila de combustión. Dieléctrico en un condensador plano. Efecto piezoeléctrico. Fenómenos termoeléctricos. Corrientes simultáneas eléctricas y caloríficas en un conductor. Efecto de Scebeck y Peltier. Efecto Thomson y ecuaciones de Kelvin. Refrigeración termoeléctrica.

VII - Plan de Trabajos Prácticos
Los practicos de aula incluyen la resolución de los problemas del capitulo I del REIFF de FÍSICA TÉRMICA (tomo V serie Berkeley) y todos los problemas del capitulo 1 al 9, los primeros 19 del capitulo 10 y los tres primeros del capitulo 12 de el libro CALOR Y TERMODINAMICA de M. ZEMANSKY.
VIII - Regimen de Aprobación
A) Promoción: Requiere la aprobación de tres parciales de problemas con promedio mínimo de siete (7) y nota mínima de seis (6). Asistencia del 80% a todas las clases (teóricas y prácticas), y finalmente un coloquio o examen integrador.
B) Regularidad: Requiere la aprobación de tres parciales de problemas con promedio mínimo de seis (6) y nota mínima de cinco (5). Asistencia del 80% a todas las clases (teóricas y prácticas), y finalmente un coloquio o examen integrador. Deberá rendir examen final.
IX - Bibliografía Básica
[1] Calor y Termodinámica. Mark W. Zermansky y Richard H Dittman
[2] Física Estadística. F. Reif
[3] Termodinámica Clásica. Russell y Adebiyi
X - Bibliografia Complementaria
[1] Introducción a la Termodinámica Química en Ingeniería Química Smith, Van Ness y Abbott.
[2] Treatise on Thermodymanics. M. Planck
XI - Resumen de Objetivos
Está destinado a alumnos de la Licenciatura en Física, que ya estudiaron en un primer nivel la mecánica, electricidad y magnetismo, ondas y óptica. Es el primer curso de FISICA TÉRMICA y se complementa con uno ulterior de MECÁNICA ESTADÍSTICA. Su contenido es la termodinámica clásica o sea la macrofísica térmica. Se sitúa en el primer cuatrimestre del tercer año. Se pretende que los alumnos conozcan bien la teoría, sus conceptos fundamentales y aplicaciones. El nivel es el de textos clásicos en la materia, como es el caso del M Zemansky de Calor y Termodinámica, que es el elegido como columna vertebral del curso.
XII - Resumen del Programa
BOLILLA Nº 1.- TEMPERATURA

BOLILLA Nº 2.- CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS MACROSCOPICOS

BOLILLA N° 3.- SISTEMAS TERMODINAMICOS SENCILLOS

BOLILLA N° 4.- TRABAJO

BOLILLA N° 5.- CALOR Y PRIMER PRINCIPIO

BOLILLA N° 6.- GASES PERFECTOS

BOLILLA N° 7.- MOTORES, FRIGORIFICOS Y SEGUNDO PRINCIPIO

BOLILLA N° 8.- REVERSIBILIDAD Y ESCALA KELVIN DE TEMPERATURAS

BOLILLA N° 9.- ENTROPIA

BOLILLA N° 10.- SUSTANCIAS PURAS

BOLILLA N° 11.- CAMBIO DE FASE

BOLILLA N° 12.- EQUILIBRIO QUIMICO

BOLILLA N°13.- APLICACIONES FISICAS
XIII - Imprevistos