• ES Español
• EN English

3.10. Termodinámica y Mecánica Estadística (TSM)

Esta área cubre las leyes de la transferencia de energía, la entropía, los estados de equilibrio y los fundamentos estadísticos del comportamiento macroscópico. Para los estudiantes de Computación, proporciona la base física para el diseño de sistemas energéticamente eficientes, la gestión térmica del hardware y la mecánica estadística subyacente a los algoritmos de aprendizaje automático.

Área de Conocimiento (KA)	CS Core	KA Core
3.10.1 Leyes de la Termodinámica y Funciones de Estado	Electivo
3.10.2 Teoría Cinética de los Gases	Electivo
3.10.3 Máquinas de Calor, Entropía y la Segunda Ley	Electivo

3.10.1. TSM/Leyes de la Termodinámica y Funciones de Estado ↑ Volver arriba

Principios fundamentales que gobiernan la energía, el calor y el trabajo en los sistemas termodinámicos, y la definición matemática de las variables de estado.
Temas:
Core

• Ley Cero de la Termodinámica y el equilibrio térmico
• Primera Ley de la Termodinámica: \(dU = dQ - dW\) para sistemas de ingeniería
• Entalpía \(H = U + PV\) y su papel en los procesos de flujo
• Calores específicos \(C_V\) y \(C_P\) y su medición y aplicación

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Enunciar las tres leyes de la termodinámica y dar una interpretación física de cada una [Familiarizarse]
2. Calcular el trabajo realizado por un gas durante expansiones isotérmicas y adiabáticas [Usar]
3. Evaluar cambios de energía interna y aplicar la Primera Ley a procesos termodinámicos en sistemas de cómputo [Evaluar]

3.10.2. TSM/Teoría Cinética de los Gases ↑ Volver arriba

Modelo microscópico de los gases que relaciona el movimiento molecular con propiedades macroscópicas como la presión, la temperatura y los coeficientes de transporte.
Temas:
Core

• Derivación de la presión macroscópica a partir de la transferencia de momento molecular
• Distribución de velocidades de Maxwell-Boltzmann y sus implicaciones
• Teorema de equipartición y grados de libertad para gases monoatómicos y poliatómicos
• Recorrido libre medio y su relevancia para el flujo de gases y los sistemas de vacío

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Describir la base microscópica de la presión y la temperatura en un gas ideal [Familiarizarse]
2. Calcular las velocidades molecular cuadrática media y promedio usando la distribución de Maxwell-Boltzmann [Usar]
3. Aplicar el teorema de equipartición para estimar los calores específicos de los gases y relacionarlos con el almacenamiento de energía en entornos de cómputo [Evaluar]

3.10.3. TSM/Máquinas de Calor, Entropía y la Segunda Ley ↑ Volver arriba

Límites de eficiencia térmica, generación de entropía y las restricciones termodinámicas, relevantes para la eficiencia energética en centros de datos y hardware de cómputo.
Temas:
Core

• Enunciados de Kelvin-Planck y Clausius de la Segunda Ley y sus implicaciones
• El ciclo de Carnot y la eficiencia máxima \(\eta = 1 - T_c/T_h\)
• Desigualdad de Clausius y la definición termodinámica de la entropía
• Fórmula de entropía de Boltzmann \(S = k_B \ln \Omega\) y su interpretación estadística
• Principio de Landauer: costo energético de la computación irreversible y el borrado de bits

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

1. Explicar la Segunda Ley de la Termodinámica y su conexión con la dirección de los procesos espontáneos [Familiarizarse]
2. Calcular la eficiencia térmica máxima de una máquina de calor que opera entre dos temperaturas [Usar]
3. Aplicar el principio de Landauer para analizar el costo termodinámico de las operaciones de cómputo y el borrado de memoria [Evaluar]