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UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FORMACIÓN MICRODISEÑO CURRICULAR CÓDIGO MI-FOR-FO-34 VERSIÓN 1 VIGENCIA 2019 Página 1 de 13 Vigilada Mineducación La versión vigente y controlada de este documento, solo podrá ser consultada a través del sitio web Institucional www.usco.edu.co, link Sistema Gestión de Calidad. La copia o impresión diferente a la publicada, será considerada como documento no controlado y su uso indebido no es de responsabilidad de la Universidad Surcolombiana. FACULTAD: EDUCACIÓN PROGRAMA: LICENCIATURA EN CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL 1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO NOMBRE DEL CURSO: TERMODINAMICA CÓDIGO: BEEDCN39 No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 3 HORAS SEMANALES: 5 REQUISITOS: MECÁNICA AREA DEL CONOCIMIENTO: FÍSICA UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR: AREA DE FÍSICA COMPONENTE BÁSICO COMPONENTE FLEXIBLE CARÁCTER: CURSO TEÓRICO PRÁCTICO TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE Actividad Académica del Estudiante Trabajo Presencial Trabajo Independiente Total (Horas) TOTAL Horas 80 64 144 2. PRESENTACIÓN RESUMEN DEL CURSO En este curso se desarrollarán los elementos básicos relacionados con el estudio de Fluidos y sistemas termodinámicos reales bajo la óptica de la física Newtoniana y X

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MICRODISEÑO CURRICULAR

CÓDIGO MI-FOR-FO-34 VERSIÓN 1 VIGENCIA 2019 Página 1 de 13

Vigilada Mineducación La versión vigente y controlada de este documento, solo podrá ser consultada a través del sitio web Institucional www.usco.edu.co,

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FACULTAD: EDUCACIÓN PROGRAMA: LICENCIATURA EN CIENCIAS NATURALES Y

EDUCACIÓN AMBIENTAL 1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO NOMBRE DEL CURSO: TERMODINAMICA CÓDIGO: BEEDCN39 No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 3 HORAS SEMANALES: 5 REQUISITOS: MECÁNICA AREA DEL CONOCIMIENTO: FÍSICA UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR: AREA DE FÍSICA COMPONENTE BÁSICO COMPONENTE FLEXIBLE CARÁCTER: CURSO TEÓRICO PRÁCTICO

TIEMPO (en horas) DEL TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE

Actividad Académica del Estudiante

Trabajo Presencial Trabajo

Independiente Total

(Horas)

TOTAL Horas 80 64 144

2. PRESENTACIÓN RESUMEN DEL CURSO

En este curso se desarrollarán los elementos básicos relacionados con el estudio de Fluidos y sistemas termodinámicos reales bajo la óptica de la física Newtoniana y

X

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del calor, donde se abordarán temas importantes de la hidrostática y dinámica de fluido, Ley cero, primera ,y segunda ley de la termodinámica, donde esta última permite capacitar a los estudiantes en la forma como operan las maquinas térmicas y los refrigeradores, además se estudiará la relación entre el grado de desorden de un sistema termodinámico y su entropía que lo caracteriza.

Se procurará tomar algunos conceptos claves ligados al problema del desarrollo, en la mira de llevar a los alumnos a comprender las relaciones existentes entre energía y desarrollo y energía y medio ambiente.

Se mostrará cómo los principios de la mecánica de Fluidos y de la Termodinámica son aplicables a problemas y sistemas reales, orientando el curso hacia la percepción de la importancia que tiene la correcta comprensión y aplicación de estos principios en gran cantidad de problemas reales que enfrenta la humanidad relacionado con el desarrollo y la problemática ambiental. 3. JUSTIFICACIÓN

El desarrollo y el uso de la energía están íntimamente ligados. Es un problema clave para los próximos años asegurar fuentes de energía suficientemente confiables y económicas que nos garanticen un adecuado nivel de desarrollo. Por otra parte toda actividad tendrá un impacto sobre el medio ambiente. El problema se inicia cuando este impacto es negativo o incluso irreversible. Una temática como ésta, hace ver la necesidad de que los futuro educadores de la Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental, comprendan el comportamiento de los sistemas en la naturaleza, las muchas transformaciones en sus propiedades, debido a cambios en su Temperatura ya sea por intervención del calor o el trabajo realizado en los mismos, de ello se deriva la inclusión de un curso de Termodinámica, que permita al estudiante tener un conocimiento básico para la comprensión de situaciones como la descrita. 4. COMPETENCIAS GENERALES

COMPETENCIAS GENERALES

SABER

INTERPRETATIVA

Expresa con sus propias palabras y explica los conceptos teóricos estudiados en este curso

Enuncia las leyes de la termodinámica y las relaciona con fenómenos cotidianos que se dan en el entorno físico.

Identifica ciertos procesos térmicos que contribuyen al deterioro o a la conservación del planeta.

Identifica las propiedades de la materia que son afectadas por procesos térmicos.

ARGUMENTATITVA Explica la naturaleza del calor, y su relación con la energía

interna de un sistema físico.

Da razón sobre los fundamentos científicos de las teorías

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estudiadas en este curso de Termodinámica.

Distingue los diferentes procesos que suceden en algunas máquinas térmicas

PROPOSITIVA

Utiliza elementos de observación cualitativa y cuantitativa en el análisis de sistemas en los que hay fenómenos de Fluidos y térmicos involucrados.

Propone soluciones con los conocimientos adquiridos a problemas planteados en este curso de Termodinámica acorde a su naturaleza.

HACER

Redacta con propiedad ensayos que implican reflexiones sobre el aprovechamiento del entorno para producir energía térmica sin deterioro del mismo.

Utiliza elementos didácticos que permiten ilustrar temas relacionados con fenómenos térmicos.

Propone y resuelve situaciones problémicas teóricas - prácticas que involucran conceptos de Fluidos y Termodinámica.

Valora la importancia de las teorías estudiadas en el curso de Termodinámica para interpretar el mundo natural y proponer explicaciones acorde a esta área de Física.

SER

Reconoce la importancia de los conocimientos adquiridos en Termodinámica para mejorar su compresión del mundo natural.

Proyecta acciones que interiorizan valores y actitudes que se orientan hacia el cuidado del medio ambiente.

Genera debates para la adquisición de competencias en torno al cuidado y no contaminación del ambiente, orientando a sus alumnos no solo para admitir su existencia, sino para actuar hacia la superación de los problemas de contaminación.

Actúa con profesionalismo, compromiso y conciencia como actor en el cuidado del medio ambiente.

5. DEFINICION DE UNIDADES TEMATICAS Y ASIGNACÓN DE TIEMPO DE TRABAJO PRESENCIAL E INDEPENDIENTE DEL ESTUDIANTE POR CADA EJE TEMÁTICO.

No. NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS

DEDICACIÒN DEL ESTUDIANTE (horas)

HORAS TOTALES

(a+b) a) Trabajo Presencial

b) Trabajo Independiente

1 CONCEPTOS BÁSICOS DE MECANICA DE FLUIDOS 15 12 27

2 CONCEPTOS BÁSICOS Y PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA CON SUS APLICACIONES

20 16 36

3 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Y SUS CONSECUENCIAS

40 32 72

4 DIAGRAMAS Y PROPIEDADES TERMODINÁMICAS 5 4 9

TOTAL 80 64 144

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6. PROGRAMACIÓN SEMANAL DEL CURSO

Unidad Temática

No. Semanas

CONTENIDOS TEMÁTICOS ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS

PEDAGOGICAS

H.T.P. H.T.I.

Clases Laboratorio y/o práctica

Trabajo Dirigido

Trabajo independiente

1.C

ON

CE

PT

OS

SIC

OS

D

E

ME

CA

NIC

A D

E F

LUID

OS

1

Presión -Variación de la presión con la profundidad - Mediciones de presión

Dada la naturaleza de la asignatura y su carácter teórico práctica se orientará el trabajo académico en clase principalmente, y con el objetivo de focalizar aspectos relevantes de la asignatura, mediante exposiciones del profesor con una metodología lógico deductiva-inductiva en la presentación y desarrollo de los contenidos teóricos; se harán comparaciones y analogías para afianzar el conocimiento científico explicado. La metodología será activa ya que promoverá el trabajo tanto en grupo como individual mediante la asignación de problemas y guías de trabajo. Se asignarán trabajos de consulta y exposiciones cuando sea pertinente. Se socializará en clase la solución a problemas y trabajos asignados. Se utilizará una metodología interactiva con el propósito de estimular la participación, debate y diálogo en el estudiante con el fin de profundizar en el tema e indagar sobre el grado de comprensión adquirido por los alumnos.

3 2 5 4

2 -Fuerzas de flotación y principio de Arquímedes

3 2 5 4

3

Dinámica de fluidos - Ecuación de Bernoulli -Otras aplicaciones de la dinámica de fluidos

3 2 5 4

2.C

ON

CE

PT

OS

SIC

OS

Y P

RIM

ER

P

RIN

CIP

IO D

E L

A T

ER

MO

DIN

AM

ICA

CO

N

SU

S A

PLI

CA

CIO

NE

S

4 - Sistemas y Propiedades Temperatura y Ley Cero de la Termodinámica. -*Medición de temperaturas

3 2 5 4

5 -Propiedades moleculares de la materia - Dilatación térmica

3 2 5 4

6 -Calor -Capacidades caloríficas -Capacidad calorífica y calor específico

3 2 5 4

7

-Fases de la materia -Calor latente -Transferencia del calor -Conducción, Convección, Radiación

3 2 5 4

3. S

EG

UN

DO

PR

INC

IPIO

DE

LA

T

ER

MO

DIN

AM

ICA

Y S

US

CO

NS

EC

UE

NC

IAS

8

-Trabajo y energía -La Experiencia de Jolue y Jolue-Kelvin -Calor y trabajo -Ecuación de Estado de un Gas ideal

3 2 5 4

9 -Aspectos Generales -Concepto de Energía Interna -Primer Principio de la Termodinámica

3 2 5 4

10 -Energía interna de sustancias varias 3 2 5 4

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11 -Sistemas termodinámicos y energía interna -Modelo macroscópico para un gas

En las actividades de laboratorio los alumnos además de realizar prácticas experimentales, en las cuales deben presentar su resumen en versión de español y en Ingles, realizarán trabajos prácticos sobre prototipos o modelos construidos con material de fácil adquisición o reciclable para ilustrar algunos principios físicos estudiados. En el manejo de las TICs, nos apoyaremos con recursos tales como: Plataformas de Google Meet o Zoom, Software, practicas simuladas y videos libres del campo existentes en la WEB o la Universidad, el video beam ,la plataforma SAKAY(permite compartir con los educandos recursos de los contenidos temático y varias actividades propias del curso por la página de la Universidad), y algunos Blog de notas libres que maneje el profesor por internet.

3 2 5 4

12 -Procesos adiabáticos e isotérmicos -Ciclo de Carnot y procesos reversibles

3 2 5 4

13 -Máquinas de calor y refrigeradores -Antecedentes Históricos

3 2 5 4

14 -Entropía y desorden -Entropía en procesos irreversibles Entropía en procesos cíclicos

3 2 5 4

15 -Energía y aplicaciones 3 2 5 4

4,5.

DIA

GR

AM

AS

P

RO

PIE

DA

D

DE

TE

RM

OD

INÁ

MIC

AS

16

-Introducción -Diagramas Termodinámicos -Propiedades Termodinámicas del Agua y Vapor de Agua

3 2 5 4

SUBTOTAL

48 32 80 64

TOTAL

80 144

H.T.P. = Horas de trabajo presencial H.T.I. = Horas de trabajo independiente

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CONTENIDO PRÁCTICAS DE LABORATORIO

1. Densidad de líquidos Objetivo:

Estudiar mediante el uso de la balanza de Mohr, cómo la densidad de los líquidos generalmente decrece con el aumento de la temperatura.

2. Medir la viscosidad de líquidos mediante la caída de una esfera en el viscosímetro Objetivos:

Medir la viscosidad de:

Mezclas de metanol – agua a temperatura constante.

Del agua en función de la temperatura.

Del metanol en función de la temperatura. 3. Principio de Arquímedes Objetivo:

Comprobar el principio de Arquímedes

4. Presión en los líquidos y paradoja hidrostática Objetivo:

Comprobar el principio de PASCAL.

5. Expansión térmica de sólidos

Objetivos:

Determinar la expansión o dilatación lineal de barras de hierro, cobre, aluminio, vidrio en función de la temperatura utilizando un dilatómetro.

Investigar, para el aluminio, la relación entre el cambio de longitud y la longitud inicial

6. Expansión térmica de Líquidos

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Objetivos:

Estudiar la dilatación térmica de varios líquidos como el agua, aceite común de cocina y la glicerina, respecto al cambio de sus temperaturas.

Analizar el comportamiento de la dilatación térmica del agua, aceite común de cocina y la glicerina, respecto a sus coeficientes de dilatación volumétricos.

7. Ley de Boyle- Mariotte

Objetivo:

Deducir la relación entre la presión y el volumen en un gas ideal a temperatura constante.

8. Peso Molecular

Objetivos:

Determinar el peso molecular de un líquido en fase de vapor por el método de Dumas

Estimar el peso molecular de un gas con datos experimentales a partir de la ecuación general del estado gaseoso y la de Berthelot

9. Velocidad de moléculas y la función de distribución Maxwell - Boltzmann

Objetivos:

Medir la distribución de velocidad del gas ideal.

Comparar el resultado de la distribución de velocidad del gas ideal con el comportamiento teórico descrito por la distribución de Maxwell – Boltzmann.

10. Capacidad calorífica de gases

Objetivos:

Determinar la capacidad calorífica molar del aire a volumen constante (Cv).

Estimar la capacidad calorífica molar del aire a presión constante (Cp).

11. Determinación del factor Cp/Cv (método de Clement y Desormes).

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Objetivo:

Determinar el factor Cp/Cv por el método de Clement y Desormes.

12. Equivalente mecánico del calor

Objetivos:

Estudiar el equivalente mecánico del calor deducido por James Prescott Joule usando el Software Cassy Lab

Observar la transformación de energía mecánica a energía térmica a través de la fricción.

13. Conductividad térmica

Objetivos:

Estudiar la conductividad térmica para cuatro placa conductoras usando la cámara calorífica y el Software Cassy Lab.

Estimar las constantes de conductividad térmica para las cuatro placas que dispone el equipo.

14. Capacidad calorífica de metales

Objetivos:

Determinar la capacidad calorífica del calorímetro por llenado con agua caliente y determinación de aumento de temperatura.

Estimar la capacidad calorífica del aluminio, hierro y latón.

15. Determinación del número de Avogadro por el método de electrólisis usando el voltámetro de Hoffman

Objetivos:

Determinar el número de Avogadro por el método de electrolisis usando el

voltámetro de Hoffman , sal de cocina y agua destilada.

Deducir por electrolisis la constante universal de los gases

Practicas Simuladas

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Link_ajuste de curva: https://phet.colorado.edu/sims/html/curve-fitting/latest/curve-

fitting_es.html

Link_Principio de Pascal: https://www.educaplus.org/game/principio-de-pascal

https://phet.colorado.edu/sims/html/under-pressure/latest/under-pressure_es.html

Link _ densidad: https://phet.colorado.edu/sims/density-and-buoyancy/density_es.html

Link _ densidad y Flotabilidad: http://www.educaplus.org/game/laboratorio-de-densidad

Link_ Principio de Arquímedes: http://www.educaplus.org/game/principio-de-arquimedes

Link-Caudal: https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/fluid-pressure-and-flow/latest/fluid-

pressure-and-flow.html?simulation=fluid-pressure-and-flow&locale=es

https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/fluid-pressure-and-flow/latest/fluid-pressure-and-

flow.html?simulation=fluid-pressure-and-flow&locale=es

Link-Principio de Bernoulli: https://www.geogebra.org/m/YER8QMht

https://www.geogebra.org/m/bnjmqbwy

https://www.geogebra.org/m/vpAyXsqB

Link_Conductividad Térmica: http://www.educaplus.org/game/conductividad-termica

https://www.geogebra.org/m/n72z2U8s

Link_ Expansión térmica: https://www.edumedia-sciences.com/es/media/118-expansion-

termica#

Link _ la Ley de Boyle: http://www.educaplus.org/gases/lab_boyle.html

Link _ la Ley de Charles: http://www.educaplus.org/gases/lab_charles.html

Link_Ley de los gases ideales: http://www.educaplus.org/game/ley-de-los-gases-ideales

Link_Ley combinada de los gases: http://www.educaplus.org/game/ley-combinada-de-

los-gases

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Link_ presión según la TCM: http://www.educaplus.org/game/la-presion-segun-la-tcm

Link _formas y cambios de energía: https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-forms-

and-changes/latest/energy-forms-and-changes_es.html

https://phet.colorado.edu/es/simulation/energy-forms-and-changes

Link_estados de la materia: https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter-

basics/latest/states-of-matter-basics_es.html

Link sobre información de la primera y segunda ley de la termodinámica:

https://ergodic.ugr.es/termo/laboratorio.html

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/adiabatico/adiabatico.htm

7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE

Para determinar el grado de aprendizaje o apropiación de conocimientos logrado por el estudiante y su desarrollo de las competencias con el avance de la asignatura, y dado el carácter teórico-práctico (3 HTS y 2 HPS) de la misma, se hará evaluación tanto de la parte teórica sobre contenidos y sus aplicaciones, como de las actividades prácticas realizadas en el laboratorio, además de las otras estrategias de evaluación que se presentan en la tabla mostrada a continuación.

UNIDAD TEMÁTICA ESTRATEGIA DE EVALUACION PORCENTAJE (%)

1. CONCEPTOS BÁSICOS DE MECANICA DE FLUIDOS

Exámenes orales y/o escritos, talleres y quices previos de tipo conceptual o aplicativo antes de las evoluciones por parcial que establece la Universidad, también se tendrán en cuenta exposición mediante el uso de las TICs, la participación en clase, informes de laboratorios tipo artículo científico o tradicional, los trabajos teóricos

La nota final del curso será el resultado de promediar el 60% correspondiente a parciales (mínimo tres) y/o otras estrategias de evaluación que el docente considere según la unidad temática a desarrollar,

2. CONCEPTOS BÁSICOS Y PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA CON SUS APLICACIONES

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3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Y SUS CONSECUENCIAS

de consulta o revisión literaria sobre un problema, tema, concepto o teoría relacionado con la temática del microdiseño y otros que el docente considere pertinente.

y el 40% restante, se obtendrá de los informes de laboratorios y otras actividades relacionada con el campo experimental.

4. DIAGRAMAS Y PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

8. BIBLIOGRAFÍA

a. Bibliografía Básica: Aguilar, P.J.,(1981), Curso de termodinámica, Madrid: Editorial Alhambra. Annequin, R. & Boutigny, J.,(1978),Termodinamica , Barcelona:Editorial Reverté.

Collieu, A.M., College, B. & Powney, D.J.,(1977), Propiedades mecánicas y térmicas de materiales, Inglaterra: Mill Hill School, Editorial Reverte. Gordon, J., Van, W. & Sonntang, R.,(1979), Fundamentos de termodinámica. México, Editorial Limusa. Serway, R.A.,(2014), Física,(Tomo I, 4ª Edición), México: Editorial Mc Graw-Hill. Serway, R., (2009), Física para Ciencias e Ingeniería (Edición 7, Vol.1), México: Editores CENGAGE LEARNING.

Resnick, R., Halliday, D. & Kenneth, K.,(1995), Física (Vol.1, Cuarta Edición), México: Editorial CECSA. Sears, Z., (2013), Física Universitaria, (Décima Tercera Edición, Vol.1), México: Editorial Pearson.

Kauzmann, W .,(1967),Termodinámica y estadística ,Barcelona: Reverté.

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Kittel, Ch.,(1973), Física Térmica, Barcelona :Reverté S. A. Moran, M.J. & Shapiro, H.N.,(1995), Fundamentos de Termodinámica Técnica (Vol. I y II), EE.UU: Editorial Reverté. Reif, F.,(1985),Física estadística, Barcelona: Reverté, S. A Sears, Z., Young & Freedman.,(2009), Física Universitaria (Volumen I y II 12a Edición), México: Editorial Pearson. Wark, K. & Richards, D.E., (2000), Termodinámica (6ª Edición), Editorial Mc Graw Hill.

Zemansky, M. & Dittman, R.,(1997),Calor y termodinámica (7ª Edición), Editorial Mc Graw-Hill.

b. Bibliografía complementaria:

Cengel, Y.A., & Boles, M.A .,(1996), Termodinámica (Vol. I y II), Editorial Mc Graw Hill. Russell, L.D. & Adebiyi, G.A.,(1997),Termodinámica Clásica, Editorial Addison – Weley Iberoamericana. Roller, D.E. & Blum, R.,(1983), Física (Vol.3),Barcelona: Reverté Chang, Raymond .,(2008), Fisicoquimica ( 3 a Ed.), México: Mc Graw Hill. c) Paginas Web

www.geocities.com/fisicarecreativa2/freiicap07.html www.geocities.com/sabefisica/cap04.html www.laborfisica.googlepages.com/fenomenostermicos

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www.scribd.com/doc/2959941/CALOR-final-08 www.wikipedia.es/enciclopedia/Fenómenostérmicos http://www.educaplus.org/games/fisica

https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics

https://ergodic.ugr.es/termo/laboratorio.html

Observaciones generales: 1. El estudiante tiene la disponibilidad de realizar cualquier consulta relacionada con la temática del curso a través de la multiplicidad de los enlaces web, presentar sus inquietudes y exponer sus ideas o hallazgos. Por otro lado, anotamos que la mayor parte de las referencias presentadas en este microdiseño se utilizaran en versión español e inglés. 2. Se incluyó como estrategias pedagógicas el uso de las plataformas Google Meet o Zoom, también se actualizaron los ítem de evaluación del aprendizaje, la bibliografía, y las prácticas de laboratorios, donde se incluyeron una sección de prácticas simuladas. DILIGENCIADO POR: Área de Física FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: Abril de 2021