Termodinâmica e Estrutura da Matéria

Código:

L.EEC016

Sigla:

TEM

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2023/2024 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EEC	243	Plano Oficial	2	-	4,5	39	121,5

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Esta UC apresenta os conceitos e princípios básicos de termodinâmica e as bases da estrutura da matéria.  

Os alunos devem ser capazes de aplicar conceitos, princípios e técnicas na área da termodinâmica; em particular, deverão estar familiarizados com os princípios de funcionamento dos ciclos termodinâmicos de vários motores térmicos e máquinas de refrigeração.

Deverão também compreender a natureza e estrutura dos átomos, suas ligações atómicas e moleculares e sua relação com as  propriedades elétricas e magnéticas dos materiais.

Resultados de aprendizagem e competências

Os estudantes deverão ser capazes de:

- Explicar conceitos e fenómenos físicos básicos de termodinâmica e estrutura da matéria, usando vocabulário apropriado.

- Usar as leis fundamentais da termodinâmica e os conceitos de calor e temperatura para explicar fenómenos observados no dia-a-dia.

 - Explicar a natureza e estrutura de um átomo e sua estrutura eletrónica, bem como os vários tipos de ligações atómica e molecular.

- Descrever o modelo de bandas de energia e definir propriedades elétricas de metais, isoladores e semicondutores.

– Caracterizar diversos dispositivos semicondutores e sua potencial utilização prática.

– Explicar o diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo.

 – Explicar a magnetização e desmagnetização de um material ferromagnético; esboçar e interpretar a sua curva de histerese.

- Colaborar e planear trabalho em grupo no laboratório, bem como na resolução de problemas quer em grupo quer individualmente.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Conhecimentos básicos de Cálculo e de Física.

Programa

I – TERMODINÂMICA

1 - Temperatura e teoria cinética dos gases

      1.1 Equilíbrio térmico e lei zero da termodinâmica

      1.2 Temperatura

      1.3 Equação de estado dos gases ideais

      1.4 Breve introdução à teoria cinética dos gases

2 - Calor e 1ª lei da Termodinâmica

      2.1 Quantidade e condução de calor

      2.2 Equivalente mecânico da caloria

      2.3 A 1ª lei da termodinâmica

3 - Segunda lei da Termodinâmica e Entropia

     3.1 Motores térmicos e a 2ª lei da termodinâmcia

     3.2 Refrigeradores e a 2ª lei da termodinâmica

     3.3 Ciclo de Carnot

     3.4 Entropia

 

II – ESTRUTURA DA MATÉRIA

1 - Estrutura dos átomos

      1.1 Estrutura dos átomos e partículas subatómicas

      1.2 Estrutura eletrónica dos átomos

2 – Tipos de ligação atómica e molecular

      2.1 Tipos de ligações primárias: iónica, covalente e metálica

      2.2 Outros tipos de ligações

3 – Propriedades elétricas dos materiais

      3.1 Condução elétrica em metais

      3.2 Modelo de bandas de energia de condução elétrica

      3.3 Semicondutores intrínsecos

      3.4 Semicondutores extrínsecos

      3.5 Dispositivos semicondutores

4 – Propriedades magnéticas dos materiais

      4.1 Grandezas magnéticas

      4.2 Tipos de magnetismo

      4.3 Efeito da temperatura no magnetismo

      4.4 Domínios ferromagnéticos

      4.5 Magnetização e desmagnetização de um material ferromagnético

Bibliografia Obrigatória

Paul A. Tipler; Physics for scientists and engineers. ISBN: 0-7167-4389-2

Bibliografia Complementar

Raymond A. Serway; Physics for scientists and engineers with modern physics. ISBN: 0-03-022657-0
H. Moysés Nussenzveig; Curso de física básica
William D. Callister; Materials science and engineering. ISBN: 978-0-470-50586-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas T: explora-se a matéria programática, com apresentação dos conteúdos teóricos, recorrendo a transparentes que ilustram temas programáticos mais importantes, concretizando alguns tópicos com exemplos ilustrativos.

Aulas práticas TP/PL: serão dedicadas à resolução de problemas pelos estudantes, individualmente e/ou em grupo. Sempre que for adequado, estas aulas incluirão a realização de alguns trabalhos e demonstrações experimentais. De cada trabalho/demonstração realizado será exigida a elaboração de um breve relatório de grupo.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	70,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	82,50
Frequência das aulas	39,00
Total:	121,50

Obtenção de frequência

Para o estudante obter frequência à unidade curricular, deve satisfazer cumulativamente as seguintes exigências:

- frequência das aulas laboratoriais sem exceder o número de faltas regulamentado pela FEUP;

- obtenção de classificação de 7,00 valores ou superior na avaliação da componente teórica (CT);

- obtenção de classificação de 9,50 valores ou superior na avaliação da componente laboratorial (CL).

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (CF) resulta da média ponderada das classificações parciais obtidas nas componentes teórica e laboratorial.

A componente teórica (CT) terá um peso de 70% e a componente laboratorial (CL) um peso de 30% na classificação final.

A classificação da componente teórica corresponderá à média aritmética das classificações obtidas em dois testes.

A classificação da componente prática é resultante das classificações parciais dos relatórios dos trabalhos/demonstrações realizados e do desempenho nas aulas.

Se a classificação final ponderada de um estudante for de nove valores ou inferior, ele será reprovado com essa classificação (caso tenha obtido frequência).

Caso um estudante não obtenha frequência (como definido anteriormente em “Obtenção de frequência”) então o estudante será reprovado com “RFC – Reprovado por Falta de Componente”.

Provas e trabalhos especiais

Os estudantes com direito a avaliação final que não tenham realizado nenhum dos 2 testes e desde que tenham frequência à componente laboratorial, conforme definido anteriormente em "Obtenção de Frequência", serão sujeitos a um exame escrito de recurso sobre toda a matéria da UC que constituirá a sua classificação da componente teórica.

A sua classificação final será determinada como definido anteriormente em "Cálculo da Classificação Final".

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os estudantes com direito a avaliação especial seguirão os passos definidos anteriormente em "Provas e Trabalhos Especiais".

Os alunos com estatuto especial, apesar de estarem dispensados das aulas, devem ser avaliados de modo idêntico aos estudantes ordinários. Assim, efetuarão, dentro das suas disponibilidades de horário, trabalhos práticos idênticos aos realizados nas aulas práticas, em data a determinar, os quais terão a mesma duração.

Melhoria de classificação

Os estudantes que requeiram melhoria da classificação final seguirão os passos definidos anteriormente em "Provas e Trabalhos Especiais", sendo-lhes garantida a classificação mínima previamente obtida. A melhoria é só da componente teórica, efetuando para tal o exame de recurso sobre toda a matéria.