Leyes de la termidinamica

1. Tema 1: Sistemas y entorno — Definición, límites del sistema y ejemplos cotidianos para identificar cuándo ocurre transferencia de energía.
2. Tema 2: Calor y trabajo — Conceptos de calor y trabajo como formas de transferencia de energía; signos y sentido de transferencia.
3. Tema 3: Energía interna y la Primera Ley — Introducción a la variación de energía interna y à la ecuación ?U = Q - W; interpretación física y ejemplos simples.

• Actividad 1: Clasificación de sistemas — En parejas, se les presentan objetos o situaciones (un vaso con agua, una olla en el fogón, un globo) para identificar sistema y entorno, y justificar la posible transferencia de energía. Puntos clave: concepto de límites, interacción entre sistema y entorno, identificación de Q y/o W cuando corresponda.
• Actividad 2: Debate guiado sobre calor y trabajo — Discusión guiada sobre qué es calor y qué es trabajo, con ejemplos simples. Conclusiones: diferencias de magnitud y de dirección de transferencia de energía.
• Actividad 3: Experimento sencillo de calor (transferencia de calor sin cambio de volumen) — Usar un recipiente aislado con agua caliente y medir su temperatura a intervalos de tiempo. Analizar que, en un sistema con volumen fijo, el trabajo es aproximadamente nulo y ?U ? Q. Aprendizajes: relación entre calor transferido y variación de energía interna.
• Actividad 4: Problemas cortos de ?U — Resolver ejercicios simples donde se dan Q y/o W y se pide ?U, enfatizando la interpretación física de cada término.

• Comprensión conceptual de conceptos y de la Primera Ley (conceptos y enunciado) — prueba corta o cuestionario.
• Aplicación de ?U = Q - W en ejemplos simples (con o sin cálculo) — ejercicios escritos.
• Participación en las actividades prácticas y capacidad para identificar sistemas y transferencias de energía en situaciones dadas.

2 semanas

1. Tema 1: Signos y magnitudes de ?U, Q y W — Interpretación física y convenios de signo para distintos procesos.
2. Tema 2: Procesos termodinámicos comunes — Isométrico, isobárico, isocórico, isotérmico y adiabático, con ejemplos y tablas de variación de energía interna.
3. Tema 3: Resolución de ejercicios simples — Aplicación de ?U = Q - W en problemas prácticos.

• Actividad 1: Análisis de procesos — Analizar gráficos de presión vs. volumen para identificar el tipo de proceso y deducir ?U, Q y W. Puntos clave: interpretación de áreas bajo la curva (trabajo) y cambios de energía interna.
• Actividad 2: Taller de signos — Dada una situación, decidir si Q y W son positivos o negativos y justificar. Resultados: dominio de la convención de signos.
• Actividad 3: Problemas de ?U — Resolver ejercicios que involucren diferentes procesos y verificar coherencia física entre calor transferido y trabajo realizado.
• Actividad 4: Actividad de reflexión — Discutir ejemplos cotidianos donde el calor entra o sale del sistema y cómo se manifiesta ?U = Q - W.

• Evaluación de comprensión de variables ?U, Q y W y de los tipos de procesos mediante ejercicios prácticos.
• Problemas de aplicación de ?U = Q - W en diferentes escenarios termodinámicos.
• Participación y claridad al explicar la relación entre calor, trabajo y energía interna en los procesos estudiados.

2 semanas

1. Tema 1: Cómo usar ?U = Q - W en problemas cerrados — Estrategias de resolución y signos correctos.
2. Tema 2: Casos prácticos con cambios de volumen — Isobárico e isocórico; efectos en ?U y W.
3. Tema 3: Ejercicios de cálculo — Problemas de dificultad progresiva para afianzar conceptos.

• Actividad 1: Resolución guiada de problemas — En clase, resolver en grupo varios ejercicios donde se proporciona Q y/o W y se calcula ?U, justificando cada paso.
• Actividad 2: Taller de caso de pistón — Modelado de un cilindro con pistón donde se varía el volumen y se analiza cómo cambia W y ?U; se discute el resultado en una sesión de debate breve.
• Actividad 3: Práctica independiente — Serie de ejercicios cortos para practicar la identificación de signos y condiciones del sistema.

• Ejercicios escritos de aplicación de la Primera Ley en distintos escenarios.
• Capacidad de explicar, de forma ordenada, el razonamiento detrás de cada solución.
• Participación en debates y en la resolución colaborativa de problemas.

2 semanas

1. Tema 1: Dirección de procesos y entropía — Concepto de entropía, aumentos de entropía en procesos naturales.
2. Tema 2: Irreversibilidad — Ejemplos de irreversibilidad (fricción, dispersión de calor, mezclas de gases).
3. Tema 3: Relación entre entropía y procesos reales — Casos prácticos y discusiones conceptuales.

• Actividad 1: Clasificación de procesos — Clasificar varios procesos dados (isotérmicos, adiabáticos, etc.) como reversibles o irreversibles y justificar en términos de entropía.
• Actividad 2: Cálculo cualitativo de entropía — Describir cambios de entropía en escenarios simples y discutir por qué tienden a ser irreversibles.
• Actividad 3: Discusión de ejemplos reales — Analizar situaciones cotidianas (derretirse de hielo, difusión de aromas) para conectar con la Segunda Ley.

• Comprensión conceptual de entropía y su relación con la dirección de procesos.
• Identificación de irreversibilidad en ejemplos dados y explicación basada en entropía.
• Resolución de ejercicios simples de cambios de entropía en procesos ideales.

2 semanas

1. Tema 1: Cálculo de entropía en expansion y compresión — Fórmulas y condiciones necesarias para ?S.
2. Tema 2: Irreversibilidad y entropía del universo — Aumento de entropía global y ejemplos prácticos.
3. Tema 3: Casos prácticos y discusión — Análisis de situaciones reales para reforzar conceptos.

• Actividad 1: Cálculo de ?S en un gas ideal — Utilizar la relación ?S = nR ln(T2/T1) + nR ln(V2/V1) para cambios de estado (ideal gas).
• Actividad 2: Irreversibilidad en procesos cotidianos — Analizar ejemplos (fugas, mezcla de sustancias) y justificar con entropía.
• Actividad 3: Debate y reflexión — Discutir por qué ciertos procesos no ocurren de forma contraria sin intervención externa.

• Ejercicios de cálculo de entropía en procesos simples y verificación de resultados.
• Explicaciones coherentes sobre la irreversibilidad y la relación con la entropía del universo.
• Participación en debates y aplicación de conceptos en ejemplos prácticos.

2 semanas

1. Tema 1: El cero absoluto — Concepto teórico y su significado físico.
2. Tema 2: Entropía a bajas temperaturas — Comportamiento de entropía cerca de 0 K y limitaciones experimentales.
3. Tema 3: Implicaciones de la Tercera Ley — Cálculos teóricos y su uso en problemas avanzados.

• Actividad 1: Discusión conceptual — Analizar el concepto de cero absoluto y debatir qué significa que la entropía tenga un valor mínimo.
• Actividad 2: Resolución de problemas de baja temperatura — Resolver ejercicios que involucren cálculos conceptuales asociados a la Tercera Ley.
• Actividad 3: Simulación o lectura guiada — Utilizar una simulación simple o material didáctico para entender cómo se comporta la entropía cerca de 0 K.

• Comprensión de la Tercera Ley y del cero absoluto a través de explicaciones orales y escritas.
• Resolución de problemas que involucren entropía a bajas temperaturas y límites prácticos.
• Participación en debates y en actividades de simulación o lectura guiada.

2 semanas

1. Tema 1: Gas ideal y su energía interna — Dependencia de U respecto a la temperatura para un gas ideal y la ecuación de estado PV = nRT.
2. Tema 2: Diseño experimental o simulación — Opciones de experimento sencillo (pistón, calorímetro, simulación por computadora) y criterios de éxito.
3. Tema 3: Registro y análisis de datos — Métodos para registrar datos, gráficos de U vs T y interpretación de resultados.

• Actividad 1: Diseño de experimento — En grupos, proponen un experimento con un gas ideal en un sistema cerrado; definen variables (Q, W, ?U, T, V, P) y cómo se medirán.
• Actividad 2: Simulación de un gas ideal — Usar una simulación para variar temperatura y volumen y observar cambios en energía interna y calor transferido; registrar datos y graficar.
• Actividad 3: Registro y análisis de datos — Realizar tablas y gráficos de datos simulados o experimentales; extraer conclusiones sobre la relación ?U = Q - W.
• Actividad 4: Presentación de resultados — Cada grupo presenta su diseño, datos y conclusiones, destacando fuentes de error y límites de validez.

• Diseño y claridad del experimento o simulación propuestos, con planificación de mediciones adecuadas.
• Precisión y claridad en el registro de datos y en la interpretación de los resultados.
• Capacidad de extraer conclusiones coherentes entre calor, temperatura y energía interna en gas ideal.

3 semanas