Física (plan 2002) 2024-2

Sexto Semestre, Termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia a nivel macroscópico las transformaciones de la energía, y cómo esta energía puede convertirse en trabajo (movimiento). Históricamente, la termodinámica nació en el siglo XIX de la necesidad de mejorar el rendimiento de las máquinas térmicas durante la revolución industrial [1].

La termodinámica clásica se desarrolló antes de que la estructura atómica fuera descubierta, por lo que los resultados que arroja y los principios que trata son independientes de la estructura molecular.

El punto de partida de casi todo curso de termodinámica son las llamadas leyes o principios de la termodinámica. Básicamente, estas leyes definen cómo se da a lugar las transformaciones de la energía. Con el tiempo, se han convertido en unas de las leyes más importantes en la física.

En esta área se describe cómo la materia en cualquiera de sus fases (sólido, líquido, gaseoso) va transformándose. Desde un punto de vista macroscópico de la materia, se estudia cómo esta reacciona a cambios en su volumen, presión y temperatura, entre otras magnitudes.

En este curso se verán los temas tradicionales de cualquier asignatura de termodinámica los cuales son: variables termodinámicas, primera ley de la termodinámica, ecuaciones de estado segunda ley y tercera ley.

Una vez realizado este tratamiento “clásico” haremos una conexión con la física cuántica pues se estudiará la termodinámica de la radiación de cuerpo negro donde haremos uso de algunos conceptos tales como: cuantización de la energía, distribución de Planck y cómo a través de las variables termodinámicas es posible relacionar algunas propiedades de la radiación.

Más allá de lo antes expuesto veremos cómo lo nivel macroscópico se conecta con lo microscópico a través de la física estadística. Esta rama estudia al igual que la termodinámica, los procesos de transferencia de calor, pero al contrario a la anterior, desde un punto de vista molecular. La materia, como se conoce, está compuesta por moléculas, pero intentar deducir y extrapolar el comportamiento de una sola de sus moléculas al conjunto de todas ellas nos llevaría a medidas erróneas. Por eso se debe tratar como un conjunto de elementos aleatorios y utilizar el lenguaje estadístico y consideraciones mecánicas para describir el comportamiento macroscópico resultante de este conjunto molecular microscópico [2]. Si el tiempo lo permite se verá que lo anterior nos lleva al concepto de proceso estocástico aplicado a la termodinámica.

A continuación, se presenta un resumen de los temas que se verán en este curso:

• Introducción a la termodinámica y herramienta matemática necesaria.
• Ley cero y ecuaciones de estado
• Primera ley de la termodinámica
• Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica. (Primer examen parcial)
• Segunda ley de la termodinámica.
• Aplicaciones
• Formulación Gibbsiana. (Segundo examen parcial)
• Termodinámica de la Radiación de cuerpo negro
• De la termodinámica a la física estadística.
• Termodinámica fuera del equilibrio: conducción y radiación de calor, movimiento Browniano (visión general) visto como un proceso estocástico. (Tercer examen parcial)

La evaluación propuesta es la siguiente:

40 % Tareas

60 % Exámenes

Por cada bloque se dejará una tarea con posibilidad de hacerla en equipo (integrantes por definir), tendrán a aproximadamente un mes para entregarla donde se les indicará la fecha exacta de entrega SIN posibilidad de prórroga. Los exámenes se realizarán de manera presencial en el cual se les avisará de manera anticipada. Tienen opción de presentar una reposición en caso de que les haya ido mal en un examen o si ustedes lo desean pueden presentar examen final. Es importante mencionar que una calificación de 5.9 se considera 5. El NP se considera a aquel alumno que no presentó absolutamente nada.

En cuanto a la asignación de la calificación final:

Si X corresponde a (0,5) entonces N.X = N

Si X corresponde a [5,9] entonces N.X = N+1

Se creará un grupo en Telegram o Whatsapp para publicar temas relevantes del curso.

¡Bienvenidos al curso! . Igual podemos discutir todo lo anterior expuesto aquí en la primera sesión del curso, estoy abierto a escuchar sus sugerencias.

Cualquier duda pueden enviarme correo y con gusto resolveré sus inquietudes.

Bibliografía:

Callen, H.,1985, Thermodynamics and an introduction to thermostatistics, second edition, John Wiley &Sons, USA.

García Colín, L., 1990, Introducción a la termodinámica clásica, Editorial Trillas, México.

Pippard, A.B., 1966, Elements of classical thermodynamics, Cambridge University Press, UK.

CriadoSancho, M., Introducción conceptual a la termodinámica química, Editorial AC, Madrid, España.

[1]https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/introtermo1p.html

[2] Reif, F., Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraww-Hill, New York, 1985