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Doble Grado en Matemáticas y Física. Opción A

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Termodinámica

Código asignatura
2GMAFI2A-4-002
Curso
Cuarto
Temporalidad
Anual
Carácter
Obligatoria
Créditos
6
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Clases Expositivas (42 Hours)
  • No Presenciales (0 Hours)
  • Tutorías Grupales (4 Hours)
  • Prácticas de Aula/Semina (14 Hours)
Guía docente

La termodinámica es una disciplina fenomenológica que provee una descripción del mundo macroscópico a partir de un número reducido de postulados. Su éxito se debe a la universalidad de sus campos de aplicación y a que sus fundamentos se asientan en las leyes que gobiernan la física microscópica.

Esta asignatura constituye la primera parte de la materia Termodinámica y Física Estadística. Se presenta aquí la termodinámica clásica como una teoría macroscópica autónoma, mientras que la estructura microscópica propia de cada material queda resumida en ecuaciones de estado que se suponen dadas. La Termodinámica predice relaciones entre magnitudes macroscópicas y establece las condiciones bajo las cuales un sistema puede pasar de uno a otro estado de equilibrio.

Es asimismo útil para aprovechar plenamente muchos aspectos de las asignaturas que forman el bloque Estructura de la Materia.

Se propone alcanzar los siguientes objectivos:

  • Profundizar los conceptos adquiridos en la asignatura de Fundamentos de Física Moderna
  • Asentar las bases formales de los principios de la termodinámica
  • Adquirir destreza en la resolución de problemas
  • Dar ejemplos de aplicaciones a varios tipos de sistemas físicos

Se recomienda haber cursado Fundamentos de Física Moderna y Cálculo Diferencial e Integral. En esta última se habrán adquirido conocimientos básicos sobre la diferenciación e integración de funciones de varias variables. Aunque no es un requisito para poder cursar esta asignatura, los alumnos que hayan asistido previamente a clases de Fundamentos de Química, especialmente los temas 3 y 4 de dicha asignatura, se hallarán ya familiarizados con varios de los conceptos aquí presentados.

Se espera que durante el desarrollo de esta asignatura el estudiante adquiera las competencias transversales de capacidad de análisis y síntesis (CT1), capacidad de organización y planificación (CT2), comunicación oral y escrita (CT3), resolución de problemas (CT6), razonamiento crítico (CT8), aprendizaje autónomo (CT9), fomentando su creatividad (CT10) e iniciativa (CT11). Las competencias específicas incluirán no solo el conocimiento y comprensión de los fenómenos y de las teorías físicas más importantes (CE1) y la capacidad de estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos (CE2), sino también, mediante la aplicación de conocimientos matemáticos básicos adquiridos en el primer curso, la capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático (CE5). Finalmente, la breve exposición de un trabajo permitirá comprobar la capacidad de transmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes (CE7).

Estas competencias están asociadas a los siguientes resultados de aprendizaje:

  • Asimilar los niveles macroscópico y microscópico de descripción de la materia.
  • Conocer los principios de la termodinámica y sus consecuencias.
  • Manejar el concepto de entropía y sus interpretaciones
  • Conocer los potenciales termodinámicos como información completa de un sistema termodinámico.
  • Utilizar el formalismo para la resolución de problemas sencillos.

Bloque 1: Conceptos básicos

Tema 1: Sistemas termodinámicos. Variables de estado. Principio Cero y equilibrio. 

                Gases ideales y gases reales.

Tema 2: Primer Principio. Trabajo y calor. Procesos termodinámicos.

Tema 3: Segundo Principio. Máquinas térmicas. Entropía. Procesos irreversibles.

Bloque 2: Formulación axiomática

Tema 4: Postulados. Relación fundamental. Ecuación de Gibbs-Duhem. Condiciones

               de  equilibrio térmico, mecánico y químico.

Tema 5: Potenciales termodinámicos.  Relaciones de Maxwell. Principios de potenciales

               termodinámicos extremos. Exergía.

Bloque 3: Aplicaciones

Tema 6: Coeficientes térmicos.

Tema 7: Condiciones de equilibrio y estabilidad.

Tema 8: Transiciones de fase. Puntos críticos. Regla de las fases.

La metodología docente se estructura en tres tipos de actividades formativas:

  • Clases expositivas de teoría y prácticas de tablero, impartidas al grupo completo: Se expondrán los contenidos teóricos de la asignatura motivados e ilustrados con ejemplos, favoreciendo la participación del alumno a través de la consulta de aquellas dudas que le puedan surgir. Se utilizará la pizarra siendo especialmente cuidadoso en los razonamientos y los cálculos. En dichas clases se propondrán trabajos a realizar por los alumnos al objeto de que profundicen en algunos aspectos de la materia bajo dos modalidades: Complementos y Hojas de Problemas, ambos para realizar de forma individual. Dichos trabajos se presentarán de forma oral y escrita en los seminarios (complementos) y tutorías grupales (problemas) Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad son: CT1, CT2, CT8, CT9, CE1, CE2, CE5
  • Seminarios/Prácticas de Aula: Con una periodicidad quincenal, se dedicará una hora de seminario para que alumnos a los que se les haya encargado la preparación de problemas o de unas pequeñas ampliaciones de algún tema tratado por el profesor, realicen en grupos de hasta 3 personas, una exposición del mismo durante un tiempo máximo de 15 minutos. Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad formativa son: CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CT9, CT10, CT11, CE1, CE2, CE5, CE7
  • Tutorías grupales, realizadas en grupos reducidos en sesiones de una hora cada una: Dedicadas a la aclaración de dudas sobre teoría y problemas de la asignatura, deben ser eminentemente participativas. Los alumnos deberán presentar por escrito la resolución de los problemas propuestos previamente antes de iniciarse la sesión. Uno de los objetivos de estas sesiones es permitir al profesor conocer el grado real de asimilación de los contenidos impartidos en la asignatura. Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad formativa son: CT1, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE5

El volumen de trabajo que se estima necesario para alcanzar los objetivos marcados se recoge en las siguientes tablas:

MODALIDADES

  Horas

  %

  Totales

  Presencial

  Clases expositivas

  39

  26

  40%

  Práctica de aula / Seminarios / Talleres

  13

  8.6

  Tutorías grupales

  4

  2.7

  Sesiones de evaluación

  4

  2.7

  No presencial

  Trabajo en grupo

  15

  10

  60%

Trabajo Individual

  75

  50

  Total

  150

Temas

Horas totales

Clases Expositivas

Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres

Tutorías grupales

Sesiones de Evaluación

Total

Trabajo grupo

Trabajo autónomo

Total

  Bloque 1: Conceptos básicos

55.5

16

5

1.5

-

22.5

5.5

27.5

33

  Bloque 2: Formulación axiomática

48.5

12

4

1.5

-

17.5

5

25

30

  Bloque 3: Aplicaciones

42

11

4

1

-

16

4.5

22.5

27

  Examen

4

-

-

-

4

4

-

-

-

Total

150

39

13

4

4

60

15

75

90

 De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial, en cuyo caso se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Se emplearán distintas técnicas para la evaluación del aprendizaje:

- Prueba escrita teórico-práctica: Para la convocatoria Ordinaria se realizarán dos sesiones de evaluación, una al final de cada periodo de docencia cuatrimestral, y se calculará la nota de la prueba escrita haciendo el promedio de las calificaciones obtenidas en cada sesión de evaluación. Para las convocatorias Extraordinarias se realizará una única prueba de doble duración. Estas pruebas consistirán en la resolución de problemas y cuestiones teóricas cortas. Permitirán evaluar la comprensión de los fenómenos físicos abordados en la asignatura. Esta prueba tendrá un peso de un 70% en la calificación final.

- Realización de las actividades individuales propuestas:

a)    En Tutorías grupales:Los alumnos entregarán por escrito las soluciones de los problemas indicados en las Hojas de Problemas con anterioridad al comienzo de las sesiones. La calificación de los problemas resueltos tendrá un peso de un 10% en el global de la asignatura.

b)    En Seminarios: Los alumnos prepararán y expondrán un problema o un pequeño tema de ampliación correspondiente a alguno de los expuestos por el profesor en clase. La calificación de dicha exposición tendrá un peso de un 15% en el global de la asignatura.

c) Asistencia y participación en las actividades presenciales: Se valorará con un peso de un 5% en el global de la asignatura.

                                              Criterios de Evaluación

Aspectos

%

Competencias

Prueba escrita teórico-práctica

70%

CT1, CT2, CT6, CT8, CT9, CE1, CE2, CE5

Realización de las actividades individuales propuestas (Hojas de Problemas)

10%

CT1, CT3, CT6, CT8,

CE1, CE2, CE5

Exposición de un trabajo (Seminarios)

15%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CT9, CT10, CT11, CE1, CE2, CE5, CE7

Asistencia y participación en las actividades presenciales5% 

Para aprobar la asignatura se deberá obtener una calificación igual o superior a 4 sobre 10 en la prueba escrita teórico-práctica. Además el estudiante tendrá que alcanzar una nota mínima de 3 en cada parte -- correspondientes a las partes del temario cubiertas en el primer y el segundo semestre respectivamente -- de esta prueba escrita. La media ponderada de toda la asignatura deberá ser igual o superior a 5.

La calificación obtenida en las actividades que no sean la prueba teórico-práctica será tenida en cuenta en todas las convocatorias correspondientes al curso.

Los criterios arriba expuestos se aplicarán a todas las convocatorias, ordinarias o extraordinarias.

Se consideran además los casos particulares siguientes para la evaluación de las actividades presenciales:

Convocatoria Adelantada de Enero: Se podrá habilitar un procedimiento para evaluar el 30% correspondiente a las pruebas de calificación que no son la prueba teórico-práctica.

Tiempo parcial: Los alumnos que benefician de un régimen de tiempo parcial debidamente acreditado (según BOPA nº 125 de 1-VI-2010) podrán realizar las actividades correspondientes a la evaluación continua en horarios flexibles (entregando las hojas de problemas por correo electrónico y acudiendo a tutorías individuales)

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial, en cuyo caso se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Bibliografía básica (teoría)

 [1] H.B. Callen, "Termodinámica", AC Madrid (1981)

      H.B. Callen, "Thermodynamics and an introduction to thermostatistics", Wiley 2nd ed (1985)

 [2] M.W. Zemansky y R.H. Dittman, "Calor y Termodinámica", McGraw-Hill (1985)

Bibliografía básica (problemas)

 [3] J. Pellicer, J. Manzanares, “100 problemas de termodinámica”, Alianza Editorial (1996)

 [4] M. Del Barrio Casado et al, “Problemas resueltos de termodinámica”, Thomson (2005)

Bibliografía complementaria

 [5] J. Aguilar Peris, “Curso de termodinámica”, Alhambra (1991)

 [6] C.J. Adkins, “Equilibrium thermodynamics”, McGraw Hill (1983) 3rd edition

 [7] C.B.P. Finn, “Thermal physics”, CRC Press (1993) 2nd edition

 [8] D. Kondepudi, “Introduction to modern thermodynamics”, Wiley (2008)