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U niversidad Autónoma de San Luis Potosí Instituto de Física, Facultad de Ciencias. Posgrado en Ciencias (Física)


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U



niversidad Autónoma de San Luis Potosí


Instituto de Física, Facultad de Ciencias.

Posgrado en Ciencias (Física).




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Curso: Propedéutico Básico Optativo




Curso:

Termodinámica

Datos básicos


Semestre

Horas de teoría

Horas de práctica

Horas trabajo adicional estudiante

Créditos


















Objetivos

Que el alumno repase los conocimientos básicos de la Termodinámica Clásica.


Temario


Unidades

Contenidos

1. Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica

1.1. Terminología: sistema termodinámico, variables termodinámicas, estado termodinámico, estado de equilibrio, ecuación de estado, transformación termodinámica, transformación cuasi-estática, transformación reversible, sistemas homogéneos, paredes adiabáticas y diatérmicas, equilibrio térmico.

1.2. Ley Cero de la Termodinámica: concepto de temperatura empírica, escalas de temperatura, termómetros, temperatura en la escala de los gases perfectos, escala de temperatura absoluta.

1.3. Ecuaciones de estado: diagramas P-V y P-T para substancias puras, ecuación del gas ideal, de Van der Waals, de Beattie-Bridgman, de Dieterici, desarrollo del virial.

1.4. Cambios diferenciales de estado: diferenciales exactas, identidades entre derivadas parciales de contorno.



2. Primera Ley de la Termodinámica

2.1 Concepto de trabajo en Termodinámica: trabajo externo e interno, trabajo positivo y negativo, trabajo en procesos reversibles, trabajo para fluidos sujetos a una presión hidrostática, trabajo en una expansión isotérmica reversible de un gas ideal, procesos isocóricos, expansión libre de un gas.

2.2. Calor: trabajo adiabático, la energía interna como función de estado, carácter microscópico de la energía interna, calor y el principio de la conservación de la energía, forma diferencial de la Primera Ley, capacidades caloríficas, caloría, equivalente mecánico del calor.

2.3. Ecuaciones termodinámicas para un sistema hidrostático.




Temario


3. Gases Ideales

3.1. Ecuación de estado.

3.2. Energía interna: análisis microscópico y macroscópico.

3.3. Procesos adiabáticos reversibles.

3.4. Trabajo en una expansión adiabática.

3.5. Ciclo de Carnot: trabajo, eficiencia


4. Segunda Ley de la Termodinámica

4.1. Equivalencia de los postulados de Kelvin-Planck y Clausius.

4.2. Teorema de Carnot.

4.3. Escala universal ó termodinámica de temperaturas.

4.4. Entropía: expresión analítica de la Segunda Ley, cambios de entropía en procesos reversibles e irreversibles, la entropía como variable de estado, entropía de un gas ideal, cambio de entropía en una expansión libre y en una mezcla de gases diferentes, paradoja de Gibbs.


5. Potenciales Termodinámicos y Relaciones de Maxwell

5.1. Ecuaciones de Euler y Gibbs-Duhem.

5.2. Relaciones termodinámicas válidas para todo estado de agregación de la materia.

5.3. Potencial químico de un gas ideal.

5.4. La energía interna como un potencial termodinámico y funciones de estado auxiliares: funciones de Helmholtz (F), de Gibbs (G), y entalpía (H). Interpretación fisica de F, G y H.

5.6. Relaciones de Maxwell.

5.7. Funciones de estado para un gas ideal

5.8. Principio de minimización de la energía.

5.9. Ecuación de Clapeyron.



6. Tercera Ley de la Termodinámica

6.1. Teorema de Nernst.

6.2. Imposibilidad de alcanzar el cero absoluto.

6.3. Implicaciones.

6.4. Energía del punto cero.



7. Aplicaciones

1. Gas de Van der Waals.

2. Termodinámica de la radiación del cuerpo negro.

3. Termodinámica de un gas paramagnético perfecto.

4. Descripción termodinámica de las transiciones de fase.


Métodos

y prácticas


Métodos

Clases presenciales de maestro y estudiantes (individual y/o en equipos de trabajo); discusión de las aplicaciones del conocimiento adquirido, así como intenso desarrollo de problemas y ejemplos típicos de dichos temas.

Prácticas

Solución de ejemplos con auxilio de la computadora

Mecanismos

y

procedimientos

de

evaluación





Exámenes

Tres Exámenes parciales, escritos.



Bibliografía básica





- Introducción a la termodinámica clásica, L. García-Colín Scherer (Trillas, 3ª edición, 1986).

- Calor y Termodinámica, M W. Zemansky (Aguilar, 1973).



- Thermodynamics, H.B. Callen (John Wiley, 1960).

Elaboración y Fecha



01 de marzo de 2013.




Pág.


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