Última actualización: 28/03/2019


Curso Académico: 2019/2020

Física II
(15534)
Titulación: Grado en Ingeniería Biomédica (257)


Coordinador/a: MARTIN SOLIS, JOSE RAMON

Departamento asignado a la asignatura: Departamento de Física

Tipo: Formación básica
Créditos: 6.0 ECTS

Curso:
Cuatrimestre:

Rama de Conocimiento: Ingeniería y Arquitectura



Materias que se recomienda haber superado
Matemáticas, Física y Química de Bachillerato
Competencias que adquiere el estudiante y resultados del aprendizaje.Más información en este enlace
El curso de Física II consta de dos partes. La primera parte es la más extensa y trata sobre la termodinámica de los seres vivos, es decir, sobre las transformaciones de energía en los sistemas biológicos. La segunda parte introduce algunos conceptos físicos básicos en Física médica, principalmente relacionados con la interacción de la radiación con la materia, la estructura atómica y nuclear. El estudiante debe de adquirir las siguientes competencias: - Comprender y manejar las leyes y conceptos básicos de la termodinámica, con especial atención a sus aplicaciones en bioquímica y biología - Entender los conceptos básicos de interacción radiación-materia, estructura atómica y estructura nuclear esenciales en Física médica - Comprender los modelos matemáticos que explican estos fenómenos - Comprender y manejar el método científico - Comprender y manejar el lenguaje científico - Desarrollar técnicas y estrategias de razonamiento para la resolución de problemas - Manejar de manera elemental dispositivos y sistemas de medida - Interpretar y analizar datos experimentales - Capacidad para buscar y analizar información de diferentes fuentes - Capacidad para trabajar en grupo
Descripción de contenidos: Programa
PARTE I TERMODINÁMICA BIOLÓGICA 1. La primera ley de la Termodinámica 1.1 Introducción a la Termodinámica. Conceptos y definiciones 1.2 Ley cero de la Termodinámica. Temperatura. Estados de equilibrio 1.3 La primera ley de la Termodinámica. Experimento de Joule 1.3.1 Energía interna 1.3.2 Trabajo y calor 1.3.3 Capacidad calorífica. Calores específicos 1.3.4 Cambios de fase 1.3.5 La primera ley en acción. Aplicaciones a los gases ideales 1.4 Entalpía. Estado estándar. Ejemplos de Bioquímica 2. La segunda ley de la Termodinámica. Entropía 2.1 Introducción. Enunciado de Kelvin-Planck 2.2 Máquinas térmicas 2.3 Máquinas frigoríficas 2.4 Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot 2.5 Entropía. Calor y entropía. Equilibrio. Procesos reversibles e irreversibles 2.6 Ciclos de los gases ideales 3. Energía libre. Teoría 3.1 Introducción. Energía libre 3.1.1 Definición 3.1.2 Dirección de un proceso espontáneo 3.1.3 Energía libre y trabajo 3.1.4 Energía libre y el segundo principio de la Termodinámica. Desnaturalización de proteínas 3.1.5 Energía libre de un gas ideal. Estado estándar 3.2 Potencial químico 3.2.1 Trabajo químico 3.2.2 Potencial químico 3.2.4 Potencial químico de un gas ideal 3.3 Termodinámica de las reacciones químicas 3.3.1 Energía libre de una reacción. Criterio de espontaneidad 3.3.2 Dependencia de la concentración de la energía libre de una reacción 4.3.3 Constante de equilibrio 4. Energética de los seres vivos (aplicaciones de la energía lbre) 4.1 Metabolismo. Respiración y fotosíntesis 4.1.1 Fotosíntesis 4.1.2 Respiración. Glicólisis y el ciclo del ácido cítrico 4.1.3 Fosforilación oxidativa e hidrólisis de ATP 4.2 El equilibrio acuoso e iónico de la célula viva 4.2.1 Ósmosis 4.2.2 Equilibrio electroquímico. Potencial electroquímico. Ecuación de Nernst 4.2.3 Equilibrio de Donnan 4.3 Transporte a través de membranas. Transporte activo y pasivo 5. Termodinámica estadística 5.1 Introducción 5.2 Teoría cinética de los gases ideales 5.2.1 Presión. Principio de equipartición de la energía 5.2.2 Distribución de Maxwell de velocidades 5.3 Definición estadística de la entropía 5.4 Distribución de Maxwell-Boltzmann. Función de partición 5.5 Funciones termodinámicas PARTE II ELEMENTOS DE FÍSICA MÉDICA 6. Radiación y el átomo 6.1 Radiación 6.1.1 Radiación electromagnética 6.1.2 Radiación de partículas 6.2 Estructura del átomo 6.2.1 Estructura electrónica 6.2.2 Radiacíón debida a transiciones electrónicas 7. Interacción radiación-materia 7.1 Interacción de partículas con la materia 7.1.1 Excitación, ionización y pérdidas radiativas 7.1.2 Interacción de neutrones con la materia 7.2 Interacción de rayos X y rayos gamma con la materia 7.2.1 Dispersión de Rayleigh 7.2.2 Dispersión Compton 7.2.3 Efecto fotoeléctrico 7.2.4 Producción de pares 8. Radioactividad y transformaciones nucleares 8.1 El núcleo atómico 8.2 Estabilidad nuclear. Radioactividad: decaimiento alfa, beta y gamma 8.3 Energía de ligadura nuclear y defecto de masa 8.4 Ley de decaimiento radioactivo. Tiempo de vida media 8.5 Dosimetría física y biológica
Actividades formativas, metodología a utilizar y régimen de tutorías
* Clases magistrales en las que se explicarán los conceptos básicos teóricos El profesor proporcionará con una semana de antelación la siguiente información: - breve descripción de los conceptos teóricos que se explicarán en la sesión - una relación de los capítulos/secciones de los libros de texto proporcionados en la bibliografía y que hacen referencia a los conceptos que se explicarán en la sesión * Actividades en grupos (2-3 personas) para la resolución de problemas El objetivo de estas sesiones es desarrollar las siguientes destrezas: - Comprender el enunciado de un problema - Identificar el fenómeno físico y las leyes físicas involucradas en el problema - Desarrollar estrategias para la resolución del problema - Ser riguroso y cuidadoso en el uso de las matemáticas necesarias para la resolución del problema - Ser capaz de analizar si el resultado obtenido es razonable (¿tiene sentido el resultado?; ¿son consistentes las dimensiones de las magnitudes calculadas?) * Realizar pequeños trabajos orientados a la búsqueda de información en diferentes fuentes (principalmente internet) * Sesiones de laboratorio (~ 24 estudiantes divididos en grupos de 2 personas): Las principales destrezas que se pretenden desarrollar en estas sesiones son: - Comprender que la física es una ciencia experimental y que se pueden reproducir en el laboratorio las leyes presentadas de manera teórica en las clases magistrales - Utilizar instrumentación científica y aprender a ser cuidadoso en el manejo de instrumentos científicos - Aprender a adquirir con cuidado y rigor datos experimentales - Aprender los fundamentos del tratamiento de datos experimentales - Escribir un informe que refleje los resultados del experimento realizado - Realizar un análisis crítico de los resultados (¿se han conseguido los objetivos buscados en el experimento?)
Sistema de evaluación
  • Peso porcentual del Examen Final 60
  • Peso porcentual del resto de la evaluación 40
Bibliografía básica
  • D.T. HAYNIE. BIOLOGICAL THERMODYNAMICS. Cambridge University Press (2003).
  • MIRAVENT, D.J., LLEBOT RABAGLIATI, J.E., PÉREZ GARCÍA, C.. FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA. McGraw Hill. 2008
  • TIPLER, P.A., MOSCA, G.. PHYSICS for Scientists and Engineers, Volume 1. W.H. Freeman. 2007
Bibliografía complementaria
  • BUSHBERG, J.T., SEIBERT, J.A., LEIDHOLT, E.M., BOONE, J.M.. THE ESSENTIAL PHYSICS OF MEDICAL IMAGING. Lippincott, Williams and Wilkins. 2002
  • R. GLASER. BIOPHYSICS. Springer-Verlag (2001).

El programa de la asignatura y la planificación semanal podrían sufrir alguna variación por causa de fuerza mayor debidamente justificada o por eventos académicos comunicados con antelación.