PROGRAMA y BIBLIOGRAFÍA de la asignatura

PROGRAMA DE TERMODINÁMICA Y FÍSICA ESTADÍSTICA I
(Prof. Miguel Ángel Ramos. Curso 2011/12)
Tema 1 - LA TEMPERATURA Y OTROS CONCEPTOS BÁSICOS DE LA
TERMODINÁMICA
Introducción:
características
generales
y
objetivos
de
la
termodinámica.
Comparación de los criterios macroscópicos y microscópicos. Principio cero de la
termodinámica: equilibrio térmico. Concepto de temperatura. Dilatación térmica
lineal. Diagrama de fases PVT del agua. Temperatura del gas ideal. Termometrías.
Escalas de temperatura. Sistemas termodinámicos. Equilibrio termodinámico.
Variables termodinámicas extensivas e intensivas. Funciones y ecuaciones de estado.
Tema 2 - TRABAJO, CALOR Y PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Trabajo. Procesos cuasi-estáticos. Diagramas PV. Cálculo del trabajo realizado en
diferentes sistemas termodinámicos. Naturaleza física del calor. Trabajo adiabático.
Energía interna. El primer principio de la termodinámica.
Tema 3 - CALORIMETRÍA Y TRANSMISIÓN DEL CALOR
Capacidad calorífica y su medida. Calor específico. Calor latente. Transmisión del
calor. Conductividad térmica. Ley de Fourier. Convección del calor. Radiación
térmica del cuerpo negro. Ley de Stefan-Boltzmann y ley de Wien. Técnicas
experimentales de calorimetría y de medida de la conductividad térmica.
Tema 4 - EL GAS IDEAL Y LOS GASES REALES
Ecuación de estado del gas ideal. Energía interna del gas ideal. Ley de Mayer de los
calores específicos. Procesos isotérmicos y procesos adiabáticos de un gas ideal.
Comportamiento de los gases reales. La ecuación de van der Waals y las constantes
críticas.
Tema 5 - LAS MÁQUINAS TÉRMICAS Y EL SEGUNDO PRINCIPIO DE
LA TERMODINÁMICA
Transformación de trabajo en calor y viceversa. Ciclo de Otto. Ciclo de Diesel. Ciclo
de Rankine. Ciclo de Stirling. Enunciados de Kelvin-Planck y de Clausius del
segundo principio de la termodinámica. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot.
Refrigeradores. Reversibilidad e irreversibilidad. Escala termodinámica de
temperaturas.
Tema 6 - LA ENTROPÍA
Concepto de entropía. Teorema de Clausius. Entropía de un gas ideal. Diagramas TS.
Variaciones de entropía en procesos reversibles e irreversibles. Entropía y desorden.
El principio de Carathéodory.
Tema 7 - APLICACIÓN DE LA TERMODINÁMICA A SUSTANCIAS
PURAS
Aplicaciones conjuntas de los dos principios de la termodinámica. Ecuaciones TdS.
Diagramas de fases para sustancias puras. Capacidades caloríficas molares.
Expansión térmica de volumen. Compresibilidad isotérmica y adiabática.
Tema
8 - MÉTODOS DE LA TERMODINÁMICA Y POTENCIALES
TERMODINÁMICOS
Funciones
termodinámicas
o
potenciales
termodinámicos
de
un
sistema.
Transformaciones de Legendre. La entalpía. Licuación de gases por efecto JouleThomson. La función de Helmholtz y la función de Gibbs. Relaciones de Maxwell.
Diagrama mnemotécnico termodinámico. Principios de mínimo para los potenciales.
Tema 9 - LA
INACCESIBILIDAD
DEL
CERO
ABSOLUTO
DE
TEMPERATURA Y EL TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Inaccesibilidad del cero absoluto. Postulado de Nernst y enunciado de Planck del
tercer principio de la termodinámica. Propiedades termodinámicas cerca del cero
absoluto. Resumen de los principios de la termodinámica desde el punto de vista
axiomático. Estabilidad de los sistemas termodinámicos. Los principios de Le
Châtelier y de Le Châtelier-Braun.
Tema
10 - APLICACIÓN DE LA TERMODINÁMICA A SISTEMAS
ABIERTOS
Sistemas abiertos. Teorema de Euler. Potencial químico. Potenciales químicos en
sistemas homogéneos y heterogéneos. Ecuación de Gibbs-Duhem.
Tema
11
–
ESTABILIDAD
Y
TRANSICIONES
DE
FASE.
LAS
TRANSICIONES DE FASE EN SISTEMAS SUPERCONDUCTORES Y
MAGNÉTICOS
Transiciones de fase de 1er orden. Discontinuidad del volumen y de la entropía.
Ecuación de Clausius-Clapeyron. Regla de las fases de Gibbs. Aleaciones binarias.
Transiciones de fase de 2º orden: teoría de Ehrenfest. Líquidos sobrenfriados y
transición vítrea. Transición superconductora. Fenómenos críticos: transiciones de
fase de orden superior. Transiciones lambda en 4He. Helio líquido y sólido.
Transición ferromagnética.
Tema 12 - TERMODINÁMICA DE PROCESOS IRREVERSIBLES
Descripción termodinámica de estados de no equilibrio. Fenómenos irreversibles.
Afinidades y flujos. Teorema de Onsager. Conductividades. Efectos termoeléctricos.
Efecto Seebeck y potencia termoeléctrica. Efecto Peltier. Efecto Thomson.
BIBLIOGRAFÍA
• M. W. Zemansky, Calor y termodinámica (Aguilar, España); M. W.
Zemansky y R. H. Dittman, Calor y termodinámica (6ª ed., McGraw-Hill,
México, 1984); M. W. Zemansky and R. H. Dittman, Heat and
Thermodynamics (7th ed., McGraw-Hill, 1997).
• H. B. Callen, Termodinámica (Editorial AC, Madrid); Thermodynamics and
an introduction to Thermostatistics (2nd ed., 1985).
• J. Aguilar Peris, Curso de Termodinámica (Alhambra, Madrid).