Termodinámica Clásica

Semestre:

4°

Fecha de elaboración:

Agosto de 2013

Fecha de revisión:

Septiembre de 2013

Elaborado por:

Federico Vázquez Hurtado

Ciclo de formación:

Profesional

Área curricular:

Ciencias de la Disciplina

Tipo de unidad:

Teórica

Carácter de unidad:

Obligatoria

Clave:

TC01FP050010

Créditos:

10

Semestre:

4°

Horas Teoría:

5

Horas Práctica:

0

Programas académicos en los que se imparte:

Licenciatura en Ciencias Áreas terminales en Matemáticas, Física, Bioquímica y Biología Molecular, y Ciencias Computacionales y Computación Científica

Prerrequisitos:

Identifica los principios, leyes y técnicas de la física de los fenómenos térmicos; aporta las habilidades para solucionar problemas termodinámicos, mediante la aplicación del cálculo.

Antecedentes Recomendadas:

Ninguna

Consecuentes Recomendadas:

  • Termodinámica Estadística

Presentación de la unidad de aprendizaje:

Se trata de la parte introductoria al formalismo teórico con enfoque macroscópico que permite el estudio de las propiedades de sistemas de un gran número de partículas en el equilibrio termodinámico; también se identifican y definen magnitudes termodinámicas adecuadas para la descripción del estado macroscópico.

Propósito de la unidad de aprendizaje:

Formular y aplicar los principios, leyes, conceptos y ecuaciones fundamentales que caracterizan el formalismo teórico de la termodinámica clásica.

Competencias profesionales:

Demuestra una comprensión profunda de los conceptos y principios fundamentales de la física clásica. Sintetiza soluciones particulares, extendiéndolas hacia principios, leyes o teorías más generales. Conoce y comprende el desarrollo conceptual de la física en términos históricos y epistemológicos.

Contribución al perfil de egreso:

El principal aporte para dar cumplimiento al perfil de egreso se observa en: posibilitar el adecuado desempeño para seleccionar, movilizar y gestionar las disposiciones y los recursos disponibles para resolver problemas en el campo de la termodinámica.

Secuencia temática:

  1. I Repaso del aparato matemático.
    1. Derivadas parciales; diferenciales exactas y formas de Pfaff.
    2. Teorema de Carathéodory.
    3. Transformación de variables y descomposición de derivadas.
    4. Teorema de Euler y funciones homogéneas.
    5. Extremos condicionados.
  2. II Conceptos básicos de la termodinámica.
    1. Equilibrio y magnitudes de estado.
    2. Sistemas termodinámicos.
    3. Magnitudes extensivas e intensivas.
    4. Equilibrio y temperatura.
    5. La ley Cero de la termodinámica.
    6. Presión, trabajo y potencial químico.
    7. El gas ideal; ecuación de estado.
    8. El gas de Van der Waals.
    9. Otras ecuaciones de estado.
    10. Ecuación de tipo gas ideal para sólidos.
    11. Coeficientes de expansión y de compresibilidad.
    12. Procesos reversibles e irreversibles.
  3. III La primera ley de la termodinámica.
    1. Calor y energía interna.
    2. Capacidad calorífica.
    3. La primera ley de la termodinámica.
    4. Los procesos adiabáticos en general.
    5. Procesos isocóricos, isobáricos, isotérmicos y politrópicos.
    6. Ejemplos para el caso del gas ideal.
  4. IV La segunda ley de la termodinámica.
    1. 4.1 Ciclo de Carnot.
    2. 4.2 Entropía.
    3. 4.3 Regularidad macroscópica.
    4. 4.4 Multiplicidad.
    5. 4.5 La entropía como cantidad proporcional a la multiplicidad en el sistema.
    6. 4.6 Segunda ley de la termodinámica: diferentes enunciados; máquinas térmicas; eficiencia.
    7. 4.7 Ecuación de Euler y relación de Gibbs-Duhem.
    8. 4.8 Los cambios rápidos.
    9. 4.9 La segunda ley en procesos no reversibles.
    10. 4.10 El ciclo de Otto.
  5. V Equilibrio de fases. Transiciones de fase. Reacciones químicas.
    1. 5.1 La regla de las fases de Gibbs.
    2. 5.2 Ecuación de Clausius-Clapeyron.
    3. 5.3 La ley de acción de masas.
    4. 5.4 Reacciones químicas.
    5. 5.5 Equilibrio de fases y construcción de Maxwell.
  6. VI Potenciales termodinámicos.
    1. El principio de máxima entropía.
    2. Entropía como potenciales termodinámicos.
    3. Transformación de Legendre.
    4. Energía libre.
    5. Entalpía.
    6. Entalpía libre de Gibbs.
    7. Gran potencial.
    8. Relaciones de Maxwell.
    9. Capacidades caloríficas.
    10. Experimento de Joule-Thompson.
    11. Criterios de estabilidad termodinámica.
  7. VII La tercera ley de la termodinámica.
    1. El postulado de Nernst.
    2. Consecuencias del postulado de Nernst.
    3. Enunciados de la tercera ley.
  8. VIII Termodinámica de sistemas magnéticos.
    1. Trabajo y energía interna en sistemas magnéticos en presencia de un campo externo.
    2. Capacidades caloríficas a magnetización y campo magnético constantes.
    3. Desmagnetización adiabática.
  9. IX Transiciones de fase y fenómenos críticos.
    1. Clasificación de las transiciones de fase.
    2. Ejemplos.
    3. Índices críticos.
    4. Transiciones súper fluida y súper conductora.

Criterios de Evaluación:

  • Exámenes parciales: 40%
  • Examen final: 50%
  • Otra (especifique): Tareas: 10%

Bibliografía básica:

  • Cengel, Y. y Boles, M. 2010. Thermodynamics, an engineering approach. Ed. McGraw Hill.
  • Potter, M.C. and Somerton, C.W. 2009. Thermodynamics for engineers, Schaum´s outline. Ed. McGraw Hill.
  • García Colín, L. 2001. Introducción a la termodinámica clásica. Ed. Trillas. 3a edición. México.
  • Baierlein. 2001. Thermal physics. Ed. Cambridge University Press. United States of America.

Bibliografía complementaria:

  • Linder, B. 2004. Thermodynamics and introductory statiscal mechanics. Ed. Wiley.
  • Greiner, W.; Neise, L. and Stöcker, H. 2000. Thermodynamics and statiscal mechanics. Ed. Springer.
  • Lim, Y. K. 1990. Problems and solutions on thermodynamics and statistical mechanics. Ed. World Scientific.
  • Kubo. 1968. Thermodynamics. An advanced course with problems and solutions. Ed. North Holland.
  • http://physicsworld.com