universidad nacional instrumento a de...

UNIVERSIDAD NACIONAL

DE MAR DEI PLATA

l AÑO: 12018 le

1- Datos de la as ip.n3lura

I Nombre I Fís ica IV

ICódigo IFI 2

Ti)() Ma tiC co n una X Oblioatoria X

I Área curricular a la ' Iue pertenece

I Departamento ! Física

Física Básica

! Carrera/s I Licenc iatura en Física/Profesorado cn Física

C iclo o :lllO de ubicación en Tercer año. la carrcra/s

Car a horaria as i nada en el Plan de Estudios: Total 12 Scmana l 180

Oist ri buc ión de la car a horaria semanal resencial de los alumnos: Teóricas Práct icas L.:'lborato rio 3/4 horas 2/3 horas

Relación doccllte - a lulllllos· Cantidad estimada de Cant idad de docentes

alum nos inscriptos Profesores I Auxiliares

15 1 I 2

Instructivo

INSTRUMENTO A PLAN DE TRABAJO

DEL EOUIPO DOCENTE

Nivel Mar ue con una X Grado X Post-Grado

J-Teórico - ractlcas

S( , \ ,~ 4/6 horas

Cantidad de comisiones

Teóricas I Prácticas (Lab.) I Teórico-Práct icas 1 I S I 1

\\~ll e' .' , :\1.-,v,

¡ ro


DE M AR DEL P LATA

2 e - OlnpOSIC lon di e equ ipo (occnlC N° Nombre y Apellido lo Susana Pad illa 2. Cecil ia Lagorio 3. Sergio Mangioni

N° Cargo T As Adj JTr A l A2 Ad

lo X 2. X 3. X

(V . . ) er rnstrucllVO :

Dedicac ión Car:ícler Bec E r S Reg. Inl. Otros

X X X X

X X

Frente

INSTRUMENTO A PLAN DE TRABA.JO

DEL EOUII'O DOCENTE

Título/s Lic. en Física Dr. en Física Dr. en Física

Ca nt idad de horas semana les dedicadas a: (") Docencia Investig. Ext.

a alumnos Tota les 6 9 6 9 6 12 28

( * ) la suma de IlIs honls Totale + In vestig. + Ext. + Gest. no puede s up€' rar In asignación horaria del eaq~odocente.

Ges!.

~~:'?

~~~--------------------------------------------------------------------------+-~ ;tL Instructivo :6'

UNIVERSIDAD ACIONAL

DE MAR DEL PLATA

3- PhlO de In ,bajo del C(luipo docente

l. Objeti vos de la asignatura.


DEL EOUIPO DOCENTE

Los conten idos de Física IV son los correspondientes a una Termodinámica del ciclo básico. En esta materia, los estudiantes, ven por primera vez la definición de la magnitud Física Temperatura. Se comienza con la definición de sistema y entorno, continuando con las cuatro leyes de la termodinámica (ley: cero, primera, segunda y tercera) hasta el tratamiento de estabilidad de los sistemas, transiciones de fase, reacciones químicas y magnetismo. Es una malena en la que se vincula de una manera muy clara lo empírico con una teoría cerrada, lo cual es muy ilustrativo para el alumno que se está formando Además es una oportunidad de entusiasmar al estudiante con la Flslca, dado que éste va descubriendo cómo con una matemática sencilla se pueden describir fenómenos aparentemente complicados. En ella se introducen conceptos tan importantes como la definición de equilibrio y de la variable de estado Entropía ¿Cuál es la dirección de cambio espontáneo? ¿Por qué un sistema, bajo determinadas condiciones, se descompone en dos o más fases? Resumiendo, se trata de introducir al estudiante en los conceptos básicos de la Termodinámica de Equilibrio.

2. Enunciación de la totalidad de los contenidos a desarrollar en la asignatura.

CAPITULO 1: Equilibrio. -Introducción V objeto de la termodinámica.

• Caracterización de los sistemas, paredes y equilibrio. • Temperatura: ley O de la termodinámica, definición de temperatura y termómetro de mercurio • Ley de 8oyle, ley de Charles, definición de la temperatura absoluta, ecuación para los gases ideales, mezclas de gases, definición de presión

parcra!. Interpretación en el contexto de la teoría cinética elemental de gases.

• Gases reales: El efecto de las fuerzas repulsivas y atractivas, comparación de resultados experimentales con el gas ideal (factor de compresibihdad), descripción cualitativa de las transiciones de fase sobre diagramas P-V-T, desarrollo del virial, ecuación de Van der Waals. Interpretación en el contexto de la teorla cinética elemental de gases.

• Formas de transmisión del calor: conducción, convección y radiación . CAPITULO 2: la primera Ley.

• Energía, calor, trabajo y nociones de orden-desorden. Definición de trabajo. Enunciado de la primera ley en términos del trabajo adiabático y su consecuencia: energla interna. Definición rnedmlca del calor.

• Defin ición de trabajo P-V. Proceso reversible, tiempos relajación y caracteristico del proceso. Comparación entre una expansión adiabática reversible y una irreversible.

de procesos reversibles e irreversibles que involucren • Catar: Capacidad calorlfica - entalpla • conducción del calor - convección. Comparación transferencia de calor.

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U NIVE RSIDAD NACIONA L

DEM AI\ DEL PLATA


DEL EOUIPO DOCENTE

• Funciones de estado y diferenciales. La relación entre el calor específico a volumen ele y el color especifico a presión cte. Experimentos de Joule y de Joule·Thompson. Definición de gas perfecto. Expansión Isotérmica. ¿Cómo varia la energía interna con la temperatura y el volumen? ¿ Cómo varia la entalpía con la temperatura y la presión? Expansión adiabática.

• El calor en reacciones qulmicas: Entalpía de reacción - cambios de entalpía slandar - dependencia de la entalpla de reacción con la temperatura Mediciones calorimétricas.

CAPITULO 3: La segunda ley.

• ¿ Q ué determina [a dirección de cambio espontáneo? La segunda ley: Postulados de Kelvin-Planck y de Clausius - máquina de calor - principio de Carnet - escala de temperatura termodinámica - refrigeración .

• Entrop ía' Surgimiento de la entropía como una función de estado a partir de la segunda ley · desigualdad de Clausius - entropía y segunda ley -entropía y equilibrio.

• Cambios de entropía para: un gas perfecto: experimento de Joule - un procesos isotérmico· un proceso a presión cte. - transferencia de calor muy lenta - transición de fase irreversible - una mezcla: paradoja de Gibbs.

• Combinación de la primera y segunda ley: Ecuación fundamental. Potenciales termodinámicos: El por qué de su definición - funciones de Gibbs y de Hemholtz - potenciales termodinámicos y equilibrio - desigualdad de Clausius y los potenciales termodinámicos, método de las transformadas de Legendre - interpretaciones sobre las funciones de Hemholtz y de Gibbs - relaciones de Maxwell.

• Relaciones termodinámicas para un sistema de composición cte. Propiedades de la función de Gibbs: ¿Cómo depende la función de Gibbs de la temperatura o ecuación de Gibbs-Hemholtz? - ¿Cómo depende la función de Gibbs de la presión? - potencial químico para un sistema de un componente: gas ideal y real (fugacidad).

• Cambios de composición y sistemas abiertos: Equilibrio de materiales - primera ley y ecuación fundamental para sistemas abiertos - condición general para el equilibrio de materiales - ecuación de Euler - relación de Gibbs-Duhem.

• Evaluación de la entropla y de la función de Gibbs: l a tercera ley de la termodinámica.

• Interpretación a nivel microscópico de la entropla y la segunda ley.

CAPITULO 4: Equilibrio, Estabilidad de los Sistemas y Coexistencia de Fases.

• Primera ley y desigualdad de Clausius (segunda ley) aplicada a sistemas generales (l trabajos y M componentes).

• Campos en el equilibrio (ÓU=O). • Condiciones suficientes de estabilidad para un sistema cerrado, monocomponente y afectado solo por trabajo Presión-Volumen. • Condiciones sufICientes de estabilidad para un sistema abierto, multicomponente y afectado por L trabajos. • breve comentario sobre el principio de le Chatelier. • ¿Qué sucede cuando no se satisfacen las condiciones de estabilidad? Equilibrio y estabilidad de las fases para un sistema de un componente.

Método de la linea tangente. ley de las áreas. Representación en la superficie ¡J{T,P), siendo IJ el potencial químico, T la temperatura y P la

InSlructivo

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DE M J\R DEL PLATA


DEL EOUI PO DOCENTE

presión Proyección sobre el plano T-P de los puntos de coexistencia de fases. Ecuación de Clausius Clapeyron y ejemplos de su resolución. Una primera observación sobre la reg la de las fases.

• Clas ificación de las tranSiciones de fase. • Región interfacial : Crear O incrementar una interfase implica trabajo: tensión superficial - ecuación fundamental- burbujas y gotas - modificación de

la presión de vapor por el efecto de la presencia de burbujas o gotas.

CAPITULO 5: Cambios de estados: Transformaciones Físicas de mezclas simples.

• Termodinámica de las mezclas: ¿Por qué los gases se mezclan? (cambio de la función de Gibbs y la entropla en una mezcla ideal) - el potenoal qulmico de los liquidas (ley de Roault y ley de Henry) - ¿por qué algunos líquidos se mezclan y otros no?

• Propiedades coligativas. Soluciones de solutos no volátiles - elevación de la temperatura de ebullición - descenso de la temperatura de congelamiento - solubilidad - Presión osmótica.

• CondICiones de estabilidad para las mezclas: Análisis de [a estabilidad para el caso general - estabilidad de los sistemas binarios y ternarios -reg la de las fases.

• Mezclas de líquidos volátiles para sistemas binarios: Diagramas de presión de vapor vs. composición para soluciones ideales - destilación (diagrama de temperatura de ebullición vs. composición) - diagrama de presión de vapor vs. composición para soluciones reales. Soluciones reales y actividades.

CAPITU LO 6: Cambios de estados: Reacciones Químicas.

• Equilibrio químiCO en una mezcla: Dirección de cambio espontáneo - discusión sobre reacciones endotérmicas y exotérmicas - condición de equ ilibrio - comportamiento general de la función de Gibbs con el avance de reacción - reacciones en gases reales.

• Análisis de estabilidad - Respuesta de las reacciones a las condiciones de contorno - principio de Le Chatelier.

CAPITULO 7: Termodinámica del magnetismo.

• Definición de trabajo magnético - primera ley y ecuación fundamental - calores específicos asociados al trabajo magnético - energla de Hemholtz magnética - relaciones termodinámicas - estabilidad de los sistemas magnéticos -ley de Curie - método de enfriamiento y tercera ley.

Prácticas de laboratorio: Ley de enfriamiento de Newton -PL 1-, experimentos en calorimetria (estudiar el calor en algunos procesos fislCos -PL2-, medir el calor especifico del agua y de algunos metales -PL3-, y medir el ca lor latente de fusión y de vaporización para el agua -PL4-), medir el equivalente eléctrico del calor - PL5-, estudio de la efICiencia de una máquina térmica y el rendimiento de una bomba de calor -PL6-.

t Instructivo


D E MAI~ DEL PLA1A

J. Bi bliografia (básica y complementaria).

TiTULO

Físico-Química

Termodinamica

Termodinámica

r

Temas de termodinámica

Físico-Química

Termodinámica. Teorla cinética y Termodinamica Estadística

Flsico-Qulmica

Equilibrium Thermodynamics

4. Descripción de Actividades de aprendizaje.

AUTOR

Ira N. Levine

Herbert B. Callem

E. Fermi

M. C. De Achterberg

P. W Atkins

G. W . Sears

F. W. Castellan

C. J. Adkins


DEL EOUII'O DOCENTE

La as ignatura se divide en Clases Teóricas (2 por semana) , practicas de resolución de Problemas (2 por semana), experiencias de Laboratorio y entrevistas personales. Se busca la coherencia entre estas tres divisiones, de modo que las clases prácticas y de Laboratorio estén bien enlazadas con la leorla.

De l a estructura d e las teóricas se destaca:

al una breve Introducción en la que se recuerdan los contenidos mas importantes de la clase anterior, los conceptos fundamentales de la materia transmitidos hasta el momento, y un resumen sobre el tema del dfa.

b) Dura nte el desarrollo de la clase se trata de evidenciar qué es lo observable, ya sea por medio de imágenes provenientes de la experiencia cotidiana o, en ocasiones, mostrando un video de (o contando sucintamente) algún experimento sencillo de laboratorio. Una expresión tipica es: .... bueno, y de todo esto ¿qué se mide? Las preguntas siempre son bienvenidas; por un lado, permiten testear el grado de entendimiento de los alumnos, y por otro estimulan el diá logo entre profesor y estudiante. c) Al final de la clase se analizan los resultados, resaltando los conceptos mas importantes. También se rescata el punto de partida y la secuencia lógica que llevó a estos resultados. Respecto a las practicas de resolución de problemas, están a cargo de un auxiliar (JTP). Son importantes porque el estudiante aplica la leorla aprendida, y es e n ese momento donde surgen la mayor parte de las dudas. El auxiliar orienta y atiende consultas de los estudiantes, pero son éstos los que deben resolver los problemas. Se intenla propiciar un ambiente de discusión en el que se destaquen los conceptos fundamentales de la materia Las experiencias de laboratorio (conducidas por un JTP) transforman la leerla en hechos. Si bien a los estudiantes se les hace una propuesta o guía, esta es onentativa En la medida de sus inquietudes, fijado el tema a ilustrar y disponibilidad de equipos y materiales, se busca que el estudiante diseñe su propia practica Las prácticas se hacen en grupos pequel"ios (en lo posible no más de 3 estudiantes), con mediciones e informe individual.

Instruct i vo

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Las entrevistas personales se llevan a cabo luego del primer parcial. El resultado del examen es el punto de partida para Iniciar una conversación sobre los temas de la materia y solicitar actividades especiales cuando se detecta alguna carenCia conceptua1.

5. Cronograma de contenidos. aClividades yeva uaClOnes.

Semana Teóricas Seminarios de Problemas ETP/Global PL 1° Capitulo I (2 clases) Capitu lo I (I clase)

2° y 3° Capitulo 2 (3 clases) Capitulo I Y 2 (3 clases) PLI Consultas Capitulo 2 (1 clase) PU /discusión de infonne

Capítulo 3 (S clases) Capítulo 3 (7 clase) ETP 1 (40 semana) PL2-3-4 8° Consultas Capitulo 3 (I clase) PL3-4/discus ión de inf.

Capitulo 4 (4 clases) Capitulo 4 (3 clases) ETP2 (SO semana) PL~5~6/diseusión de inf. 10° Consultas Capitulo 4 (1 clases) PL-6

Capítulo 5 (4 clases Capitulo 5 (3 clases) ETP3 (1 10 semana) PL-6 Capítulo 6 (2 clases Capi tulo 5-6 (2 clases PL~6/di scusión de inC.

14° Capítulo 7 (1 clase Capitu lo 6-7 (2 clases) Reculdi scusión de inf. 15° Consultas Capitulo 6-7 (1 clase ETP4(15° semana) Reculdi scusión de inf. 16° Consultas Consultas Reculdi scusión de inf. 17° Consultas Consultas Global

Los recuperato ri os se acuerdan luego de las entrevistas personales (ver tópico 6).

6. I>rocesos de intervención pedagógica. • Como propuesta in icial: la clase teórica (magist ral). No obstante; puesto que el número de alumnos osci la alrededor de los 15, según el

curso de la clase, las dudas que se vayan presentando y la inquietud de los estudiantes, esta se puede transCormar en una ses ión de discusión.

• • •

Seminarios para resolución de problemas, consulta de dudas y discusión dc temas. Experienc ias de laboratorio. Entrevistas personales luego de cada examen: se discute lo que el estudiante hizo malo no hi zo en e l examen (aunque este esté aprobado), se analiza el tema para que lo e ntienda bien y se le solicita rehaga la partc que está mal del examen, que luego tiene que defender en otra entrevista personal. La discusión se reali7.a en un tono ameno y de confianza. v\\¡"

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'.,! ,,/:'j "'11"1 Y


DE MAR DEL Pl.J\ T A

7. Evaluación

INSTRUMENTO A PLAN OE TRABAJO

OEL EOUII'O OOCENTE

El réuimen es promocional . Se toman 4 exámenes te6rico-prácticos (ETP), cada uno, a ser aprobado con nota mayor o igual que 5. En el primero se evalúan los capitulos 1 y 2, en el segundo se evalúa el capitulo 3, en el tercero se evalúa el capitu lo 4, en el cuarto se evalúan los capítulos 5,6 y 7 l os fallidos de cada examen son discutidos personalmente, en tono amistoso, con el evaluado. Se trata de indagar el motivo del error y las posibles falencias conceptuales sobre los temas involucrados. Si el estudiante satisface el requisito para aprobar, solo se le requiere que rehaga lo que hizo mal y lo defienda oralmente en una próxima entrevista (luego de unos pocos dlas). Si el estudiante no satisfizo tal requisito se le otorga la posibilidad de otro examen y e igualmente se lo invita a rehacer lo que hizo mal y discutirlo con el docente. Se considera una nota promedio de estos cuatro exámenes. Además; por cada práctica de laboratorlo (PL), cada estudiante debe presentar un informe escrito en procesador de texto. La nota de cada PL surge de su desempeño durante la experiencia, la evaluación del informe escrito y una evaluación oral. La nota debe ser no menor que 6 para darse por aprobada la práctica. Se conSIdera una nota promedio de las PL. Finalmente, se tomará un examen global , con preguntas conceptuales que debe ser aprobado con nota mayor o Igual que 6. Para rendir el global deben estar aprobadas todos los ETP y las PL. La nota final se conslrUlrá con un promedIO entre la nota promedio de los ETP, la nota promedio de las Pl y la nota obtenida en el global.

8. Asignación y d istribución de tareas de cada uno de los integrantes de l equi po docente. • Dra. Susana Padilla: a cargo de conduc ir y evaluar las PL. • Dra. Cecilia Lagorio: a ca rgo de conducir los seminarios de resolución problemas y eva luación de la parte práctica de los ETP. • Dr. Sergio Mangioni : a ca rgo de conduc ir y supervisa r el desarro llo general de la maler in; y en part icular, de l dictado de las elases teóricas, de las

entrevis1as personales, de eva luar la parte teórica de los ETI) y del globa l.

9. Juslificación - (optat ivo)

Instructivo

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