201582 - Estado Líquido (OPTATIVAS VINCULADAS - ORIENTACIÓN FÍSICA FUNDAMENTAL) - Curso 2012/2013
Información
- Créditos ECTS
- Créditos ECTS: 6.00
- Total: 6.0
Outros Datos
- Tipo: Materia Ordinaria RD 1497/1987
- Departamentos: Física Aplicada
- Áreas: Física Aplicada
- Centro: Facultade de Física
- Convocatoria: Segundo Cuadrimestre
- Docencia e Matrícula: null
Profesores
| Nome | Coordinador |
|---|---|
| AMIGO POMBO, ALFREDO JOSE. | NON |
| Fernández Pérez, Josefa. | SI |
| Regueira Muñiz, Teresa. | NON |
Horarios
| Nome | Tipo Grupo | Tipo Docencia | Horario Clase | Horario exames |
|---|---|---|---|---|
| Grupo L01 | Ordinario | Laboratorio | NON | NON |
| Grupo T01 | Ordinario | Teóricos | SI | SI |
Programa
Existen programas da materia para os seguintes idiomas:
Obxectivos da materia
Familiarizar o estudante coa metodoloxía científica que se utiliza no estudo do estado líquido, que é un caso particular do problema de moitos corpos interactuando.
Que o alumno aplique os coñecementos de Física Fundamental adquiridos en Termodinámica, Mecánica, Mecánica Cuántica e Física Estatística no campo da Física Molecular de Líquidos.
Que o alumno utilice os métodos de predición de propiedades termofísicas de líquidos e mesturas líquidas a partir de propiedades moleculares, que é de interese en moitos campos relacionados coa Física Aplicada e a Enxeñaría.
Contidos
Parte teórica:
1. Estrutura dos líquidos
1. Introdución: a estrutura dos líquidos
2. Forzas intermoleculares
2.1. Forzas de longo alcance
2.1.1. Forzas electrostáticas
2.1.2. Enerxía debida a distribucións permanentes de carga
2.1.3. Enerxía de indución
2.1.4. Enerxía dispersiva
2.1.5. Análise das diferentes enerxías a longo alcance
2.2. Forzas de curto alcance
2.3. Forzas por transferencia de carga
2.4. Potenciais intermoleculares
2.4.1. Sistemas de moléculas monoatómicas
2.4.2. Sistemas poliatómicos
2.5. Aditividade das enerxías intermoleculares
2. Funcións de partición moleculares
1. Separación das funcións de partición
2. Función de onda de moléculas diatómicas homonucleares
3. Función de partición nuclear-rotacional en moléculas diatómicas
4. O número de simetría
5. Función de partición rotacional en moléculas poliatómicas
6. Rotación interna
3. Agregados en gases reais e líquidos
1. Integral de configuración
2. Coeficientes do virial en termos da integral de configuración
3. Integrais de configuración en termos de b1
4. Presión do gas en función de b1
5. Integrais de enxame irredutibles
6. O segundo coeficiente do virial
7. Mesturas
4. Funcións de distribución
1. Introdución
2. Funcións de distribución no espazo g
3. Funcións de distribución no espazo m
4. Funcións de correlación
5. Magnitudes termodinámicas en función de g(r) no colectivo canónico
6. Funcións de distribución no colectivo gran canónico
8. Potencial da forza media
5. Teoría dos Estados Correspondentes
1. Introdución
2. Teoría dos estados correspondentes simple (CST)
2.1. Propiedades dos gases inertes
2.2. Densidade dos líquidos segundo o modelo de cela de Prigogine
3. Fluídos cuánticos
4. Fluídos poliatómicos non polares
5. Fluídos polares
6. A CST para sales fundidas
7. Extensións empíricas da CST
8. CST e a non aditividade
9. CST para mesturas: teoría das disolucións conformes
6. Teorías de ecuación integral
1. Aproximación de superposición
2. Ecuación de Born-Green-Yvon
3. Ecuación de Kirkwood
4. Función de correlación directa
5. Aproximación da cadea hiperreticulada
6. Aproximación de Percus-Yevick
7. Aproximacións de segunda orde
7. Fluídos de esfera dura e de núcleo duro
1. Potencial de esfera dura
2. Barras duras nunha dimensión
3. Discos duros en dúas dimensións
4. Aplicación do modelo de Percus-Yevick a esferas duras.
5. Construción analítica da función de distribución radial para esferas duras
6. Corpos duros convexos: fundamentos da teoría da partícula escalada
7. O modelo de interacción multicentros (sites) para esferas duras acopladas
8. Fluídos polares
1. Natureza dos líquidos polares
2. Funcións de distribución xeneralizadas
3. Aproximación esférica media
4. Aproximación esférica media para esferas dipolares
5. Outras aproximacións para fluídos polares
5.1. Teoría da cadea hiperreticulada linearizada
5.2. Aproximación da cadea hiperreticulada cuadrática
6. Outros modelos de interacción multicentros
9. Fluído de Lennard-Jones
1. O potencial de Lennard-Jones
2. Propiedades termodinámicas
3. Funcións de distribución
4. Mesturas de moléculas de Lennard-Jones
5. O significado do potencial de Lennard-Jones para gases reais
10. Teorías de mesturas líquidas
1. Teorías de n-fluídos de Van der Waals
2. Mesturas de esferas duras
3. O modelo de rede (Lattice Gas)
4. Teoría de composición local
5. Distribución dos veciños máis próximos
6. Ecuacións de estado de mesturas liquidas
11. Métodos de perturbacións aplicados a líquidos.
1. Fluídos isotrópicos
2. Fluídos polares e multipolares
3. Teorías de perturbación para funcións de correlación
4. Métodos de expansión funcional
12. Disolucións de electrólitos
1. Interacción Ión-Disolvente
1.1. Modelos de disolución continua
1.2. Modelos de disolución estruturada
2. Interacción Ión-Ión
2.2. Modelo de Debye-Hückel
2.3. Apareamento de ións
2.4. Teorías de rede e sales fundidas
2.5. Avaliación da integral de configuración
2.6. Cálculos con ecuacións integrais
3. Disolventes non acuosos
13. Cristais líquidos
1. Introdución e conceptos fundamentais
2. Clasificación de cristais líquidos
3. Teoría de Flory de rede para líquidos poliméricos
4. Teorías de partícula dura en líquidos nemáticos
5. Aproximación de Van der Waals en líquidos nemáticos
Parte práctica:
Realización de programas informáticos de ecuacións e modelos de estado líquido
Bibliografía básica e complementaria
M. Diaz Peña. “Termodinámica Estadística”, ed. Alhambra. 1979
J.M. Prausnitz, R.N. Lichtenthaler e E. Gomes de Acevedo. "Termodinámica Molecular de los Equilibrios de Fases" 3ª Edición, Prentice Hall. 2000.
Lloyd L. Lee. “Molecular Thermodynamics of Non-ideal Fluids”, Butterworth & Co. 1988.
Terrell L. Hill. “Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications” Dover publications, INC, 1987.
Terrell L. Hill. “Introducción a la Termodinámica Estadística”, ed. Paraninfo. 1970.
J.-P. Hansen e J.R. McDonald. “Theory of Simple Liquids”, 2a ed. Academic Press. 1986.
J.S. Rowlinson e F.L. Swinton. “Liquids and Liquid Mixtures”, 3a ed. Butterworth & Co. 1982.
J.O. Hirchfelder, C.F. Curtis e R.B. Bird. “Molecular Theory of Gases and Liquids”, J. Wiley, Londres. 1964.
P.A. Egelstaff. “An Introduction to the Liquid State” 2a ed. Clarendon Press, Oxford. 1992.
G.C. Maitland, M. Rigby, E.B. Smith e W.A. Wakeham, “Intermolecular Forces - their origin and determination”, Clarendon Press, Oxford. 1981.
C.G. Gray e K.E. Gubbins. “Theory of Molecular Fluids”, Volume 1: Fundamentals, Clarendon Press, Oxford. 1984.
E.A. Guggenheim. “Mixtures” Clarendon Press. Oxford. 1952.
I. Prigogine. “The Molecular Theory of Solutions” North-Holland Publishing Company. Amsterdam. 1957.
T.M. Reed e K.E. Gubbins. “Applied Statistical Mechanics” Butterworth - Heinemann 1973
P. Kruus. “Liquids and Solutions. Structure and Dynamics” Marcel Dekker, INC. 1977.
D. Henderson. “Physical Chemistry. An Advance Treatise” Vol. VIII A/ Liquid State. Academic Press. 1971.
D. Henderson. “Physical Chemistry. An Advance Treatise” Vol. VIII B/ Liquid State. Academic Press. 1971.
J.N. Murrell e A.D. Jenkins. “Properties of Liquids and Solutions” John Wiley & Sons Ltd. England. 1994
Competencias
Como xa comentamos nos obxectivos, as competencias/destrezas/habilidades que deben adquirir os alumnos son:
- Que o alumno controle metodoloxía científica que se utiliza no estudo do estado líquido, que é un caso particular do problema de moitos corpos interactuando.
- Que o alumno aplique os coñecementos de Física Fundamental adquiridos en Termodinámica, Mecánica, Mecánica Cuántica e Física Estatística no campo da Física Molecular de Líquidos.
- Que o alumno utilice os métodos de predición de propiedades termofísicas de líquidos e mesturas líquidas a partir de propiedades moleculares, que é de interese en moitos campos relacionados coa Física Aplicada e a Enxeñaría.
- Que o alumno controle e saiba usar os conceptos de función de distribución radial, función de correlación total, función de correlación directa, potencial de esfera dura, potencial de núcleo duro, potencial de forza media.
Metodoloxía da ensinanza
Clases teóricas impartidas polo profesor. Previamente ás clases de problemas, os alumnos deberán entregar a súa resolución por escrito. Os problemas deberán ser realizados polos alumnos. A parte práctica da materia poderá facerse na aula de informática ou nos ordenadores persoais dos alumnos.
Sistema de evaluación
Os alumnos deberán realizar e entregar os boletíns de problemas que lles serán entregados ao finalizar cada tema. Asemade, deberán expor algún destes problemas.
Cada alumno deberá preparar e expor un tema relacionado coa materia. Ao final da exposición, os alumnos serán preguntados non só sobre conceptos dese tema, senón tamén sobre os temas explicados polos profesores durante o desenvolvemento das clases teóricas.
Os puntos anteriores teñen por obxectivo que a clase sexa participativa e poder realizar unha avaliación continua do alumno. Os alumnos que non cumpriran satisfactoriamente estes puntos deberán realizar un exame final da materia.
Tempo de estudo e traballo persoal
Clases presenciais
Teoría: 45 horas
Problemas: 15 horas
Estudo de apuntamentos e consulta de libros: 20 horas
Realización de problemas e programas informáticos con consulta de libros: 40 horas
Realización do: tema 60 horas
Recomendacións para o estudo da materia
a) Que o alumno repase os conceptos de Termodinámica, Física Estatística e Física Cuántica que se utilizan no desenvolvemento dos temas de Estado Líquido.
b) Estudo semanal da materia coa realización dos boletíns de problemas.
c) Utilización de libros de teoría e de problemas, así como de páxinas web.
d) Utilización das horas de titoría.