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Academic Year/course: 2018/19

435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering

29901 - Physics I


Syllabus Information

Academic Year:
2018/19
Subject:
29901 - Physics I
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
First semester o Second semester
Subject Type:
Basic Education
Module:
---

1.1. Aims of the course

The course and its foreseen results are base don the following hypothesis and goals:

The Physics I course is focused on the fundamentals of mechanics and its applications, such as mechanical oscillation, elasticity and fluid mechanics. Also, it provides the basic principles and working hypotheses of Thermodynamics, with emphasis on the study of heat transmission and thermal machines. Being a fundamentally basic discipline, these cncepts are presented as a starting point for subsequent courses of the  Chemical Engineering formation.

On the other hand, some aspects of the course, such as those related to the Laws of Conservation (e.g. momentum and energy) the vector nature of physical magnitudes; the use of Differential Calculus and the basic methodology for analyzing Laboratory data constitute an essential methodological basis for the student.

Finally, given the specific character of the Chemical Engineering discipline, those concepts of Physics will be applied to selected problems related to the Degree.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The Physics I course constitutes a part of the Basic Formation Unit within the Degree, and represents the first part of the Physics Course that is completed by Physics II Course along the second Semester. It is a course of 6 ECTS that is provided along the first semester of the first year.

The course contains the conceptual basis of Mechanics, Fluid Mechanics, Thermodynamics and constitutes the Physics formation for students of Materials, Materials Engineering, Environmental ENgineering and Automatied Systems Degrees. Additionally, these contents will be necessary for several other courses, optional and mandatory, of this specific Degree orientation

1.3. Recommendations to take this course

It is recommended a prior knowledge of Physics and Mathematics at High School level. Continued study and work are critical to pass this course with optimal learning. May doubts arise, it is important to solve them as soon as possible to ensure a smooth progress in this subject. To help answer eventual questions, the students have the advice of the teacher, both during class and, especially, in the tutorials specifically designed to do so

2.1. Competences

When approved on this Course, the student  will have enhanced competence to:


1. SPECIFIC SKILLS:


Comprehension and control of the basic conceptus on the general laws of Mechanics, Thermodynamics, waves and fields, and their application to  electromagnetism on typical problems of the field. 

 

2. General SKILLS:


2.1 Capacity to solve problems and take decisions with initiative, creativity and critical reasoning.
2.2 Capacity to learn continuously y develop strategies for autonomous learning

2.2. Learning goals

To pass this subject, the student must demonstrate the following results:

1. General learning outcomes:

  1. To know the fundamental concepts and laws of mechanics and thermodynamics and their application to basic problems in engineering.
  2. To analyze problems that integrate different aspects of physics, recognizing the various physical principles underlying a technical application, device or real system.
  3. To know the units, orders of magnitude of the defined physical magnitudes and solve basic engineering problems, expressing the numerical result in appropriate physical units.
  4. To correctly use basic methods of experimental measurement or simulation, To present and interpret the data, relating them to the appropriate physical quantities and laws.

5. – To use bibliography and/or any of the available resourses available today and to develop a clear and precise language in its explanations on questions of physics.

 

2. Specific learning outcomes:

 

- Correctly applying the fundamental equations of mechanics to various fields of physics and engineering: rigid body dynamics, oscillations, elasticity and fluid.

- Understand the meaning, usefulness and relations between magnitudes, elastic core modules and coefficients used in solids and fluids.

- Performs mass and energy balances correctly applied to fluid movements in the presence of basic devices.

- Correctly use the concepts of temperature and heat. Applies these concepts to calorimetry, expansion and heat transmission problems.

- Apply the first and second law of thermodynamics to processes, basic cycles and thermal machines.

2.3. Importance of learning goals

The learning outcome are crucial since they will provide the student with a set of knowloedges and tools required to solve simplified problems of Machanics and Thermodynamics related to the Chemical Engineering activities. They are, in turn, the starting point for further knowledge in higher year courses in the Degree.

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

Please see the Spanish version.

4.1. Methodological overview

The learning process that is designed for this subject is based on the following:

1. Lectures, given to the entire group, in which the teacher will explain the basic principles of the subject and solve some problems, selected application subject to the degree. These problems are mainly drawn from the collection that the teacher provides the student at the beginning of the semester. The participation of students in this activity by planning sorts of problems will be strengthened. That is, be indicated prior the problems that are to be discussed in the classroom so that the student can reflect on them and intervene in their resolution.

2. Laboratory practices that are distributed throughout the semester and whose assessment will form part of the final grade for the course. Groups of two or three students to work on each laboratory assembly, counting with a script previously delivered by teachers and a questionnaire that collects data and analysis taken form.

3. Small group activities that include seminars that delves into a topic of interest in the subject of the degree, advanced laboratory experiences, supervised student work, etc.

4. Self-employment, studying the matter and apply it to solving exercises. This activity is essential in the process of student learning and overcoming evaluation activities.

5. Tutoring, who can relate to any part of the subject and emphasize that the student go to them with clear and mulled conveniently approaches.

4.2. Learning tasks

The program offered to the student to help him/her achieve the expected results includes the following activities:


1. Lectures
Developed throughout the semester by 3 hours of weekly classes on schedule assigned by the center. It is therefore a highly recommended for the proper use of the subject face activity.

 

2. Laboratory activities:

 

Will consist of 4 laboratory sessions of two hour each, made in  subgroups of the main group of theoretical class. The labs are classroom activities that the student must do to pass the subject; evaluation will be done through a final exam. The time planning will be conducted by the center and communicated at the beginning of the course.

3. Seminar activities
In this classroom activity it will work on problems presented in lectures. There will be 7 sessions of one hour, in which the critical problem solving is encouraged.

4. Study and personal work
This is the part of the course requiring no presence in class. It is estimated as about 85 hours necessary for the study of theory, problem solving and laboratory reviewing scripts.

5. Tutoring
Professor publish a schedule of attention to students so they can attend to queries in an orderly way throughout the semester.

4.3. Syllabus

Contents of the Theoretical Classes

 

PART I 

MECHANICS: FUNDAMENTALS

§ 0. Class Zero. Presentation of the overall course. General information. FAQs about schedule, timetable, contents, evaluation, etc.  

§ 1. Kinematics.

• Position. Velocity. Speed. Definition and mathematical use. Trajectory.

• Reference systems: Cartesian and polar coordinates. Relative movement.
 
§ 2. Dynamics of a single particle.
Newton's laws. Inertial and non-inertial systems.
Special forces: friction, spring, gravity.
• Work and energy.
• Linear and angular momentum.
 
§ 3. Dynamics of a particle system.
• Collisions between two particles.
• Center of mass. Equation of motion.
• Conservation of linear and angular momentum in particle systems.
 
§ 4. The rigid body.
• Moment of inertia. Dynamic rotation on a fixed shaft.
 
PART II
MECHANICS: APPLICATIONS
§ 5. simple mechanical oscillations.
• Harmonic oscillations.
• Free oscillations, damped and forced oscillations.
• Resonance.
 
§ 6. Elasticity.
• Stress and strain. Hooke's law.
• Elastic modulus.
 
§ 7. Fluid Mechanics.
• Introduction: ideal fluid, basic concepts.
• Fluid Statics: principles of Pascal and Archimedes.
• Fluid dynamics: Bernoulli equation and applications.
 
PART III
THERMODYNAMICS 
§ 8. Heat and temperature.
• Temperature: thermometers and thermometric scales.
• Heat and heat capacity.
• Heat transfer.
 
§ 9. First law of thermodynamics. Thermal processes.
• Internal energy, equilibrium states, variables and equations of state.
• Thermodynamic Processes in an ideal gas.
 
§ 10. second law of thermodynamics. Thermal machines.
• Introduction: Entropy and second law.
• Carnot cycle. Other thermal machines.

4.4. Course planning and calendar

Schedule sessions and presentation of works
Lectures and problem classes and practice sessions are held in the laboratory according to schedule set by the center and published prior to the start date of the course.
Each teacher will inform its hours of tutoring.

 

The start and end dates of the course and specific delivery times can be found on the website:

http://eina.unizar.es/grados/quimica

Moreover, from the very beginning of the semester students will have the detailed schedule of activities which shall contain the main milestones of the subject:

- Realization of two intermediate written tests

- Delivery of works directed

- Final laboratory test

- Final written exam of the subject.

 


Curso Académico: 2018/19

435 - Graduado en Ingeniería Química

29901 - Física I


Información del Plan Docente

Año académico:
2018/19
Asignatura:
29901 - Física I
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
435 - Graduado en Ingeniería Química
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre o Segundo semestre
Clase de asignatura:
Formación básica
Módulo:
Física

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

La asignatura Física I se centra en los fundamentos de mecánica y sus aspectos más aplicados tales como las oscilaciones mecánicas, la elasticidad y la mecánica de fluidos. Así mismo, proporciona los conceptos y principios básicos de la termodinámica, fundamentalmente orientados al estudio de la transmisión del calor y al análisis energético de máquinas y dispositivos. Por tratarse de una asignatura de formación básica, estos conocimientos se enfocan como punto de partida para otras asignaturas de la Rama Industrial y específicas de la titulación.

Por otra parte, algunos aspectos formales de la asignatura, como son aquellos relacionados con el uso de las leyes de conservación (momento y energía), el carácter vectorial de algunas magnitudes físicas, la utilización de los conceptos del cálculo infinitesimal en Física y la metodología básica de tratamiento de datos de laboratorio constituyen una base metodológica esencial para el alumno que posteriormente cursará la asignatura de Física II.

Finalmente, dado el carácter específico de la titulación, se intentará mostrar la aplicación de los conceptos físicos a problemas del ámbito del Grado. Para ello se hará especial énfasis en que las prácticas y problemas conecten directamente con la titulación.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura de Física I forma parte del bloque de formación básica del plan de estudios del Grado y representa la primera parte de la materia Física, que se completará con la asignatura Física II del segundo cuatrimestre. Se trata de una asignatura de 6 ECTS que se imparte en el primer cuatrimestre del primer curso.

La asignatura presenta las bases conceptuales de la mecánica y de la termodinámica y constituye la formación física de soporte de asignaturas de la rama industrial tales como la Mecánica, Mecánica de Fluidos, Termodinámica Técnica, Resistencia de Materiales, Ingeniería de Materiales, Ingeniería del Medio Ambiente y Sistemas Automáticos. Así mismo, los contenidos serán necesarios en diversas asignaturas obligatorias y optativas de la tecnología específica del Grado.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

 

Son recomendables conocimientos previos de Física y Matemáticas de Bachillerato. El estudio y trabajo continuado son fundamentales para superar con el máximo aprovechamiento esta asignatura. Cuando surjan dudas, es importante resolverlas cuanto antes para garantizar el progreso correcto en esta materia. Para ayudarle a resolver sus dudas, el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como, especialmente, en las horas de tutoría específicamente destinadas a ello.

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

COMPETENCIAS GENERALES:

C04 - Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.

C11 - Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.

 

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS:

C13 - Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la Ingeniería.

 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Resultados generales del aprendizaje:

  1. - Conoce los conceptos y leyes fundamentales de la mecánica y de la termodinámica y su aplicación a problemas básicos en ingeniería.
  2. - Analiza problemas que integran distintos aspectos de la física, reconociendo los variados fundamentos físicos que subyacen en una aplicación técnica, dispositivo o sistema real.
  3. - Conoce las unidades, órdenes de magnitud de las magnitudes físicas definidas y resuelve problemas básicos de ingeniería, expresando el resultado numérico en las unidades físicas adecuadas.
  4. - Utiliza correctamente métodos básicos de medida experimental o simulación y trata, presenta e interpreta los datos obtenidos, relacionándolos con las magnitudes y leyes físicas adecuadas.
  5. - Utiliza bibliografía, por cualquiera de los medios disponibles en la actualidad y usa un lenguaje claro y preciso en sus explicaciones sobre cuestiones de física.

Resultados específicos del aprendizaje:

- Aplica correctamente las ecuaciones fundamentales de la mecánica a diversos campos de la física y de la ingeniería: dinámica del sólido rígido, oscilaciones, elasticidad y fluidos.

- Comprende el significado, utilidad y las relaciones entre magnitudes, módulos y coeficientes elásticos fundamentales empleados en sólidos y fluidos.

- Realiza balances de masa y energía correctamente en movimientos de fluidos en presencia de dispositivos básicos.

- Utiliza correctamente los conceptos de temperatura y calor. Los aplica a problemas calorimétricos, de dilatación y de transmisión de calor.

- Aplica el primer y segundo principio de termodinámica a procesos, ciclos básicos y máquinas térmicas.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los resultados de aprendizaje de la asignatura son fundamentales porque proporcionan al alumno un conocimiento básico y las herramientas metodológicas necesarias para resolver problemas simplificados relacionados con la mecánica y la termodinámica y que se presentan en el ámbito de la Ingeniería Química. A su vez son el punto de partida que se utilizará como base en diversas asignaturas del Grado

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación:

A lo largo del semestre se realizarán dos pruebas escritas que podrán incluir preguntas cortas y problemas. Se pretende promover el trabajo continuado del alumno. En particular, esto favorecerá que pueda seguir con mejor aprovechamiento los contenidos de la asignatura, que se van construyendo sobre los anteriores.

La calificación obtenida en cada una de estas pruebas supondrá el 35% de la nota final, si el alumno escoge incorporarla a su evaluación global.

Se evaluarán los resultados del aprendizaje 1.1, 1.2 y 1.3.

Al final del semestre se realizará una prueba en el laboratorio, relacionada tanto con los métodos experimentales, como con el análisis de los datos obtenidos. El contenido de esta prueba se elaborará a partir de las actividades realizadas en las sesiones de laboratorio.

Esta prueba constituirá un 20% de la calificación final. Será de carácter eliminatorio, es decir, deberá aprobarse para poder superar la asignatura.

Se evaluarán los resultados del aprendizaje 1.3 y 1.4.

Se propondrá un trabajo tutelado de carácter práctico que permitirá evaluar los resultados del aprendizaje 1.1, 1.2 y 1.3 (ocasionalmente el 1.4 y 1.5). Esta parte constituye un 10% de la nota final de la asignatura.

Para superar la asignatura será necesario obtener al menos cinco puntos en la nota final resultante de tener en cuenta las calificaciones de todas las pruebas. Además, se requiere: a) una puntuación mínima de cuatro puntos sobre diez en cada una de las pruebas parciales y b) una puntuación mínima de cinco puntos sobre diez en la de laboratorio. Si no se cumplen las condiciones a) y b), la nota máxima que podrá obtenerse será de 4.6 puntos sobre 10.

Al final del semestre, según el calendario de exámenes del centro, se realizará una prueba escrita global de la asignatura, de estructura análoga a la de las pruebas intermedias, que permitirá a quien lo desee volver a ser evaluado para mejorar la nota obtenida en aquellas o alcanzar el mínimo exigido para aprobar la asignatura. Esta prueba supondrá por tanto hasta un 70% de la calificación final, en función de que el alumno utilice o no la puntuación obtenida en las pruebas parciales.

Se evaluarán los resultados del aprendizaje 1.1, 1.2 y 1.3.

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

  1. Clases magistrales, impartidas al grupo completo, en las que el profesor explicará los principios básicos de la asignatura y resolverá algunos problemas seleccionados de aplicación de la asignatura a la titulación. Estos problemas se extraerán fundamentalmente de la colección que el profesor proporciona al estudiante al comienzo del semestre. Se potenciará la participación de los alumnos en esta actividad mediante la planificación de las clases de problemas. Es decir, se indicará de manera previa los problemas que vayan a ser analizados en el aula para que el estudiante pueda reflexionar sobre ellos e intervenir en su resolución.
  2. Prácticas de laboratorio que se distribuyen a lo largo del semestre y cuya valoración formará parte de la calificación final de la asignatura. Se forman grupos de dos o tres alumnos para trabajar sobre cada montaje de laboratorio, contando para ello con un guion previamente entregado por parte de los profesores y un cuestionario que recoge los datos tomados y su análisis.
  3. Actividades en grupos pequeños que pueden ser: seminarios en los que se profundiza en algún tema de la asignatura de interés en la titulación, experiencias de laboratorio avanzadas, trabajos tutelados de los alumnos, etc.
  4. El trabajo autónomo, estudiando la materia y aplicándola a la resolución de ejercicios. Esta actividad es fundamental en el proceso de aprendizaje del alumno y para la superación de las actividades de evaluación.
  5. Tutorías, que pueden relacionarse con cualquier parte de la asignatura y se enfatizará que el estudiante acuda a ellas con planteamientos convenientemente claros y reflexionados.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Clases magistrales

Se desarrollarán a lo largo del semestre mediante 3 horas de clases semanales en horario asignado por el centro. Es, por tanto, una actividad presencial altamente recomendable para el buen aprovechamiento de la asignatura.

Prácticas de laboratorio

Se realizarán 4 sesiones de dos horas de laboratorio con subgrupos del grupo de teoría. Las prácticas de laboratorio son actividades presenciales que el alumno debe realizar para superar la asignatura; su evaluación se hará mediante un examen final. La planificación horaria será realizada por el centro y comunicada a principio del curso.

Actividades de seminario

En esta actividad presencial se trabajará en problemas propuestos en las clases magistrales. Se realizarán 7 sesiones de una hora, en las que se fomenta la resolución crítica de problemas.

Estudio y trabajo personal

Esta es la parte no presencial de la asignatura, que se valora en unas 85 horas, necesarias para el estudio de teoría, resolución de problemas y revisión de guiones de laboratorio.

Tutorías

El profesor publicará un horario de atención a los estudiantes para que puedan acudir a realizar consultas de manera ordenada a lo largo del semestre.

4.3. Programa

Contenidos de las clases teóricas

 

PARTE I

MECÁNICA: FUNDAMENTOS

§ 0. Clase 0. Presentación de la asignatura. Información general. Presentación sobre horarios, contenidos, evaluación, etc.

 

§ 1. Cinemática.

• Posición, velocidad y aceleración. Definición y uso matemático. Trayectoria.

• Sistemas de referencia: coordenadas cartesianas y polares. Movimiento relativo.

 

§ 2. Dinámica de una partícula.

  • Leyes de Newton. Sistemas inerciales y no inerciales.
  • Fuerzas especiales: rozamiento, muelle, gravitatoria.

• Trabajo y energía.

• Momento lineal y angular.

 

§ 3. Dinámica de un sistema de partículas.

• Colisiones entre dos partículas.

• Centro de masas. Ecuación de movimiento.

• Conservación del momento lineal y angular en sistemas de partículas.

 

§ 4. El sólido rígido.

• Momento de Inercia. Dinámica de rotación en un eje fijo.

 

PARTE II

MECÁNICA: APLICACIONES

§ 5. Oscilaciones mecánicas simples.

• Oscilaciones armónicas.

• Oscilaciones libres, amortiguadas, forzadas.

• Resonancia.

 

§ 6. Elasticidad.

• Tensiones y deformaciones. Ley de Hooke.

• Módulos elásticos.

 

§ 7. Mecánica de Fluidos.

•  Introducción: fluidos ideales, conceptos básicos.

• Estática: principios de Pascal y Arquímedes.

• Dinámica: ecuación de Bernouilli y aplicaciones.

 

PARTE III

TERMODINÁNICA

§ 8. Calor y temperatura.

•  Temperatura: termómetros y escalas termométricas.

•  Calor y capacidad calorífica.

•  Transmisión de calor.

 

§ 9. Primer principio de la termodinámica. Procesos.

•  Energía interna, estados de equilibrio, variables y ecuaciones de estado.

•  Procesos termodinámicos en un gas ideal.

 

§ 10. Segundo principio de la termodinámica. Máquinas térmicas.

•  Introducción: entropía y segundo principio.

•  Ciclo de Carnot. Máquinas térmicas.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro y es publicado con anterioridad a la fecha de comienzo del curso.

Cada profesor informará de su horario de atención de tutoría.

 

Las fechas de inicio y finalización de la asignatura y las horas concretas de impartición se podrán encontrar en la página web del Grado:

http://eina.unizar.es/grados/quimica

Por otra parte, desde el inicio del cuatrimestre los alumnos dispondrán del calendario detallado de actividades en el que figurarán los principales hitos de la asignatura:

- realización de dos pruebas escritas intermedias

- entrega de trabajos dirigidos

- examen final de laboratorio

- examen escrito final de la asignatura