Estructura de la Matèria i Termodinàmica
Codi: 100139 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500097 Física | FB | 2 | 2 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- Juan Camacho Castro
- Correu electrònic:
- juan.camacho@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu accedir-hi des d'aquest enllaç. Per consultar l'idioma us caldrà introduir el CODI de l'assignatura. Tingueu en compte que la informació és provisional fins a 30 de novembre de 2023.
Equip docent
- Francisco Javier Bafaluy Bafaluy
- Vicente Mendez Lopez
- Luis Font Guiteras
- Markus Gaug
Prerequisits
Es requereixen coneixements elementals de física i de matemàtiques; i ganes de treballar i aprendre
Objectius
Aquesta assignatura proporciona una introducció a la visió microscòpica i macroscòpica de la matèria. Comença per la descripció microscòpica, des de les partícules elementals fins als làsers, passant per nuclis atòmics, àtoms, molècules i sòlids. Segueix per la descripció termodinàmica, gairebé independent dels detalls microscòpics dels constituents del sistema. La part microscòpica es dóna a un nivell introductori. La part macroscòpica es dóna amb més profunditat, establint i treballant les lleis fonamentals de la termodinàmica.
Objectius:
1) Comprendre els conceptes bàsics de l'estructura de la matèria (teoria cinètica de gasos, partícules elementals, física quàntica, física atòmica, física nuclear, física de sòlids) a nivell introductori.
2) Comprendre les lleis fonamentals de la termodinàmica i saber aplicarles.
3) Saber identificar i resoldre els problemes més característics d'aquestes àrees de la física
4) Fer veure alguns aspectes de la unitat de la física, i de la relació entre descripcions macroscòpiques i microscòpiques
5) Relacionar la física amb alguns aspectes de la vida quotidiana i de la natura que ens volta
6) Comentar la relació entre models teòrics i sistemes físics reals
Competències
- Actuar amb responsabilitat ètica i amb respecte pels drets i deures fonamentals, la diversitat i els valors democràtics.
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals
- Conèixer els fonaments de les principals àrees de la física i comprendre'ls
- Desenvolupar estratègies d'anàlisi, síntesi i comunicació que permetin transmetre els conceptes de la física en entorns educatius i divulgatius
- Fer treballs acadèmics de manera independent usant bibliografia (especialment en anglès), bases de dades i col·laborant amb altres professionals
- Formular i abordar problemes físics identificant els principis més rellevants i utilitzant aproximacions, si fos necessari, per arribar a una solució que ha de ser presentada explicitant hipòtesis i aproximacions
- Introduir canvis en els mètodes i els processos de l'àmbit de coneixement per donar respostes innovadores a les necessitats i demandes de la societat.
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, fer servir correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte
- Utilitzar les matemàtiques per descriure el món físic, seleccionant les eines apropiades, construint models adequats, interpretant resultats i comparant críticament amb l'experimentació i l'observació
Resultats d'aprenentatge
- Analitzar algunes qüestions obertes de la física actual i explicar-les amb claredat.
- Analitzar i interpretar els principals experiments relacionats amb la física bàsica.
- Aplicar la física quàntica a dispositius senzills d'interès industrial (díodes, díodes emissors de llum, làsers, cèl·lules fotovoltaiques).
- Compatibilitzar el rigor matemàtic amb la modelització física aproximada.
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals.
- Contrastar la nitidesa dels resultats matemàtics amb els marges d'error de les observacions experimentals.
- Descriure el fonament de les màquines tèrmiques, refrigeradors i bombes de calor.
- Descriure l'estructura de l'àtom i les molècules i els espectres corresponents.
- Enumerar i descriure els quatre principis de la termodinàmica.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l'àmbit de coneixement propi.
- Fer treballs acadèmics de manera independent usant bibliografia (especialment en anglès), bases de dades i col·laborant amb altres professionals.
- Identificar conseqüències del segon principi de la termodinàmica.
- Identificar situacions que necessiten un canvi o millora.
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, usar correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics.
- Relacionar els conceptes bàsics de la física amb temes d'àmbit científic, industrial i quotidià.
- Relacionar la física quàntica amb les propietats de conductivitat elèctrica dels materials.
- Relacionar la interacció nuclear amb la radioactivitat i les reaccions nuclears.
- Relacionar transversalment àrees diverses de la física bàsica.
- Seleccionar les bones variables i efectuar les simplificacions correctes.
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte.
- Utilitzar el càlcul diferencial i integral.
- Utilitzar els nombres complexos.
- Utilitzar les transformacions lineals i el càlcul matricial.
Continguts
Estructura de la matèria
Teoria cinètica: pressió i temperatura
Teorema d’equipartició i calors específiques
Relacions d’Einstein-Planck i de de Broglie
Model de Bohr de l’àtom d’hidrogen
Exclusió de Pauli i taula periòdica dels elements químics
Nuclis atòmics. Forces nuclears. Reaccions nuclears. Radioactivitat.
Partícules elementals, quarks, leptons, bosons intermediaris
Semiconductors i metalls. Díodes, transistors, cèl·lules fotovoltaiques, LEDs, làsers.
Termodinàmica
Transport de la calor. Conducció, convecció, radiació
Principi zero. Temperatura. Equacions d'estat
Primera llei de la termodinàmica. Calor, treball, energia interna. Màquines tèrmiques.
Segona llei de la termodinàmica (I). Enunciats de Clausius i de Kelvin-Planck. Teorema de Carnot. Temperatura absoluta
Segona llei de la termodinàmica (II). Entropia. Degradació de l'energia. Potencials termodinàmics. Equació de Gibbs
Metodologia
Aquesta assignatura proporciona una introducció a la visió microscòpica i macroscòpica de la matèria. En alguns temes, en què les equacions són relativament simples, la descripció és més quantitativa; en d'altres, és més qualitativa, tot procurant introduir un marc conceptual clar, en el qual es pugui plantejar de manera adient i natural preguntes que portin a interessar-se pel desenvolupament ofert per les assignatures dels cursos posteriors. El bloc de termodinàmica s'exposa en major profunditat, establint les bases sòlides dels seus principis.
Es procura que l'assignatura permeti entrar en contacte amb algunes de les fronteres més actives de la física actual, per tal que, l'estudiant ja pugui tenir la sensació que es troba en una ciència viva. I també es tractarà de posar de manifest la relació entre la física i la naturalesa, la vida quotidiana, i la tecnologia.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Activitats formatives
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes de problemes | 20 | 0,8 | 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
| Classes de teoria | 30 | 1,2 | 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
| Tipus: Supervisades | |||
| Tutories | 5 | 0,2 | 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Estudi | 66 | 2,64 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
Avaluació
L'avaluació consisteix en:
1. Problemes i treballs (15% de la nota global)
Consistirà en la presentació de problemes seleccionats resolts i de treballs.
2. Exàmens (85% de la nota global)
- Es realitzaran 2 exàmens parcials, un per cada bloc de l'assignatura. Cadascú d’aquests exàmens té el mateix pes.
- Examen de recuperació.
La nota es calcularà doncs: 0.85*(Parcial1+Parcial2)/2+0.15*(entregues1+entregues2)/2
Important: Per superar l’assignatura caldrà que la nota de cada examen parcial sigui superior a 4 (sobre 10) i la mitja del curs superior a 5.
Recuperació: Per poder anar a l'examen de recuperació l'alumnat s'ha d'haver examinat dels dos parcials. Es podrà recuperar cada part per separat.
Aquells que vulguin pujar nota poden anar a l'examen de recuperació. Si la nota que traieu a l'examen de recuperació (a cada part) és fins a 1.5 punts inferior a la nota del parcial, guardem la nota del parcial (tret que traieu menys de 4). Si creieu que no pujareu la nota, podeu no entregar.
AVALUACIÓ UNICA
L’alumnat que s’hagi acollit a la modalitat d’avaluació única haurà de realitzar una prova final que consistirà en un examen escrit que constarà de la resolució de problemes i qüestions teòriques. Aquesta prova es farà al mateix dia que el segon examen de l'avaluació continuada. Hi haurà un examen per cada bloc del curs: Estructura de la Matèria, i Termodinàmica.Quanhagifinalitzat, lliurarà totes les entregues de les dues parts del curs.
La qualificació final s’obté de la mateixa manera que a l’avaluació continuada: l’examen pesa el 85% de la nota final (els dos blocs pesen el mateix) i els lliuraments el 15%.
Important: Per fer mitja amb l'altra 15% de la nota, s'ha de treure a l’examen de cada part una nota superior o igual a 4 sobre 10.
Si la nota d'algun examen no arriba a 4 o la nota final no arriba a 5, hi haurà un examen de recuperació que se celebrarà en la data que fixi la coordinació de la titulació. S’aplicarà el mateix sistema de recuperació que per l’avaluació continuada: es podrà recuperar la part de la nota corresponent a teoria i problemes (85%). El 15% de la part de lliuraments no és recuperable.
La revisió de la qualificació final segueix el mateix procediment que per a l’avaluació continuada
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Dos exàmens parcials | 85% | 6 | 0,24 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
| Examen de recuperació | 85% | 3 | 0,12 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23 |
| Problemes resolts i treballs | 15 % | 20 | 0,8 | 1, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 19, 20 |
Bibliografia
A la part microscòpica, seguirem el llibre de P. Tipler i A. Mosca, Fisica, 6 edició, Editorial Reverté, Barcelona, 2010.
A la part de Termodinàmica, aprofundirem més:
- M. Criado-Sancho y J. Casas-Vázquez, Termodinámica química y de los procesos irreversibles, 2ª edición, Addison Wesley, Madrid, 2004
- M.W. Zemansky y R.H. Dittman, Calor y termodinámica, sexta edición, McGraw-Hill, Madrid, 1990
- C.J. Adkins, Termodinámica del equilibrio, Reverté, Barcelona, 1977.
- D. Kondepudi & I. Prigogine, Modern Thermodynamics, Wiley (1998).
És recomanable llegir, paral·lelament, alguns altres llibres i articles
Programari
No hi ha programari específic per l'assignatura