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| NOMBRE DE LA ASIGNATURA |
| NOMBRE DE LA ASIGNATURA |
FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO |
| CÓDIGO |
| CÓDIGO |
61044023 |
| CURSO ACADÉMICO |
| CURSO ACADÉMICO |
2023/2024 |
| DEPARTAMENTO |
| DEPARTAMENTO |
FÍSICA FUNDAMENTAL
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| TÍTULO EN QUE SE IMPARTE |
| TÍTULO EN QUE SE IMPARTE |
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GRADO EN FÍSICA
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| CURSO |
| CURSO |
CUARTO
CURSO
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| PERIODO |
SEMESTRE 2
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| TIPO |
OBLIGATORIAS |
| Nº ECTS |
| Nº ECTS |
6 |
| HORAS |
| HORAS |
150 |
| IDIOMAS EN QUE SE IMPARTE |
| IDIOMAS EN QUE SE IMPARTE |
CASTELLANO |
El estudio de los sólidos es una parte de la física rica en conceptos y aplicaciones, que sirve para explicar las propiedades de muchos de los materiales cristalinos más comunes, y también de los más exóticos y novedosos. Es una rama de la física con intensa actividad investigadora, con un gran potencial para el desarrollo de aplicaciones, estando en deuda con ella muchas de las nanotecnologías y las tecnologías de la comunicación e información, entre otras tecnologías actuales.
En este curso introductorio se tratan temas básicos de la Física del Estado Sólido, haciendo especial énfasis en los conceptos. Se intenta asentar los fundamentos de estudios posteriores que aborden bien temas avanzados de la Física del Estado Sólido, o bien de la Física de los Materiales, la Física de la Materia Condensada, etc. La asignatura forma parte del bloque formativo obligatorio denominado "Estructura de la Materia". El estudiante debe haber ya adquirido en asignaturas cursadas anteriormente los conocimientos necesarios de mecánica, ondas, electromagnetismo, termodinámica, física estadística y física cuántica.
El aspecto fundamental que se ha mencionado tiene raíces profundas, ya que prácticamente todos los fenómenos que suceden en los sólidos son el resultado de las interacciones entre las muchas partículas que coexisten en el sólido: entre los iones, entre los electrones, entre iones y electrones, entre electrones y los fonones y fotones... El tratamiento que se realiza en este curso se limita a los aspectos más elementales, tanto clásicos como cuánticos, y describe las "partículas" de los sólidos (electrones, fonones,...) como independientes, mientras que las interacciones entre las mismas se modelizan mediante fuerzas o potenciales.
El objetivo principal de la asignatura es que el estudiante tenga una buena comprensión de las aproximaciones físicas más importantes, así como de la evidencia experimental que permite hacerlas y de los fenómenos físicos que pueden describirse dentro de esas aproximaciones. La asignatura quiere incentivar la intuición en el estudio, la observación y la interpretación de dichos fenómenos. También quiere potenciar la capacidad de aprender a combinar distintas aproximaciones, usando conceptos que provienen de campos diversos, y de aprovechar las analogías en la formulación matemática de los problemas físicos para utilizar soluciones ya conocidas en otros campos.
Además, y dentro de las competencias que el estudiante debe adquirir durante sus estudios de Grado, la asignatura contribuirá a la adquisición de algunas capacidades básicas:
• ser capaz de realizar un aprendizaje autónomo y de tener la habilidad de gestionar su tiempo, así como de utilizar la información para la actualización de sus conocimientos.
• ser capaz de realizar análisis y síntesis, sentando las bases de un razonamiento crítico.
• aplicar aquellas aproximaciones que sean necesarias para llegar a una representación simplificada del sistema físico por medio de un modelo.
• analizar resultados y aproximaciones, con el razonamiento y discusión necesarios para adaptarse a nuevas situaciones físicas.
Dado los contenidos de esta asignatura, el estudiante debe tener necesariamente conocimientos bien asentados de mecánica, ondas, electromagnetismo, termodinámica, física estadística y física cuántica, así como de las asignatura de matemáticas que han sido estudiadas en el Grado.
Por ese motivo, se desaconseja la matriculación en la asignatura si no se ha aprobado previamente (o si aún está cursando) las siguientes asignaturas del Grado: Electromagnetismo I y II, Termodinámica I y II, Física Cuántica I y II.
La asignatura se imparte virtualizada, y en el curso virtual se ofrecen Foros de debate (que tienen como objetivo ayudar a generar discusión entre los estudiantes sobre conceptos o aplicaciones y, como consecuencia, mejorar el aprendizaje) y herramientas de comunicación para que los estudiantes pueden comunicarsecon el Equipo Docente.
El estudiante también podrá utilizar el correo electrónico, teléfono, o la visita personal en el horario previsto a tales fines. En todo caso, es siempre recomendable concertar cita previa.
Para cualquier consulta personal o telefónica, los datos de contacto son:
– Dr. D. José Enrique Alvarellos Bermejo jealvar@fisfun.uned.es
Tel.: 91 398 71 20.
Miércoles, excepto en vacaciones académicas, de 12 a 14 y de 16 a 18 h.
Edificio Biblioteca UNED, planta 1 (Mediateca). Paseo Senda del Rey 5. 28040 Madrid, España.
– Dr. D. Javier Rodríguez Laguna jrlaguna@fisfun.uned.es
Miércoles, excepto en vacaciones académicas, de 16 a 20 h.
Edificio Biblioteca UNED, planta 1 (Mediateca). Paseo Senda del Rey 5. 28040 Madrid, España.
Dirección: c/ Paseo Senda del Rey 5. Madrid 28040.
(el edificio de la Biblioteca UNED está situado junto al río Manzanares, y al llamado Puente de los Franceses).
Nota importante: el equipo docente puede cambiar con posterioridad a la redacción de esta información. En todo caso, los profesores que constan en el apartado "Equipo docente" están actualizados.
Competencias específicas
CE01 Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes: su estructura lógica y matemática, su soporte experimental y los fenómenos que describen.
CE02 Saber combinar los diferentes modos de aproximación a un mismo fenómeno u objeto de estudio a través de teorías pertenecientes a áreas diferentes.
CE03 Tener una idea de cómo surgieron las ideas y los descubrimientos físicos más importantes, cómo han evolucionado y cómo han influido en el pensamiento y en el entorno natural y social de las personas.
CE04 Ser capaz de identificar las analogías en la formulación matemática de problemas físicamente diferentes, permitiendo así el uso de soluciones conocidas en nuevos problemas.
CE05 Ser capaz de entender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados, y de realizar cálculos de forma independiente, incluyendo cálculos numéricos que requieran el uso de un ordenador y el desarrollo de programas de software.
CE07 Ser capaz de identificar los principios físicos esenciales que intervienen en un fenómeno y hacer un modelo matemático del mismo; ser capaz de hacer estimaciones de órdenes de magnitud y, en consecuencia, hacer aproximaciones razonables que permitan simplificar el modelo sin perder los aspectos esenciales del mismo.
CE08 Ser capaz de adaptar modelos ya conocidos a nuevos datos experimentales.
Ser capaz de trabajar con un alto grado de autonomía y de entrar en nuevos campos de la especialidad a través de estudios independientes.
Competencias genéricas del Grado
CG01 Capacidad de análisis y síntesis
CG02 Capacidad de organización y planificación
CG03 Comunicación oral y escrita en la lengua nativa
CG04 Conocimiento de inglés científico en el ámbito de estudio
CG05 Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio
CG06 Capacidad de gestión de información
CG07 Resolución de problemas
CG09 Razonamiento crítico
CG10 Aprendizaje autónomo
CG11 Adaptación a nuevas situaciones
El estudiante, una vez que haya trabajado los temas que componen la asignatura, habrá adquirido los conocimientos necesarios para comprender algunas de las propiedades básicas y los fenómenos físicos relacionados con la estructura cristalina, y con los constituyentes y las excitaciones de los sólidos, entendiendo los fundamentos de una descripción elemental de los mismos, como primer paso para avanzar hacia otras teorías más elaboradas.
Resultados específicos son:
-- Conocer la estructura periódica de los átomos en el sólido.
-- Comprender el comportamiento de los electrones en el sólido, su estructura de bandas de energía y la dinámica del movimiento electrónico.
-- Conocer cómo se modelan las vibraciones de los átomos de la red cristalina (incluyendo las limitaciones y el rango de aplicabilidad de cada modelo), los fenómenos asociados a las mismas, y su relación con las propiedades térmicas, y otras, de los sólidos.
-- Comprender como varían las diferentes propiedades de los sólidos (resitividad, calor específico,...) en función de su composición y estructura, así como de la temperatura, campo eléctrico aplicado, etc.
-- Conocer los defectos cristalinos más comunes en los sólidos y su relación con algunas de las propiedades físicas de los mismos.
-- Comprender algunas de las propiedades más importantes de los materiales aislantes y conductores, así como de los semiconductores y materiales magnéticos.
Estructura cristalina. Redes de Bravais. Red recíproca. Difracción. Factor de estructura.
El potencial periódico de la red. Teorema de Bloch y consecuencias.
Electrones libres en metales.
Bandas de electrones: potencial periódico débil y método de ligaduras fuertes
Dinámica de los electrones.
Dinámica de la red cristalina
Calor específico de la red y otras propiedades térmicas de los sólidos
Características fundamentales de los materiales semiconductores y magnéticos.
La docencia de la asignatura se desarrolla de acuerdo a la metodología de la enseñanza a distancia característica de la UNED, en la que el trabajo autónomo personal y continuado del estudiante es la pieza fundamental.
Este estudio autónomo se verá apoyado por el equipo docente a través del Curso virtual de la asignatura, en el que se ofrecen:
–- material complementario (que incluye una colección de problemas resueltos) que enmarca el contenido expuesto en los textos básicos dentro de la progresión de la asignatura, y ofrece complementos útiles. Debe considerarse que forma parte integral de la asignatura, por lo que debe estudiarse en detalle.
–- los Foros de debate de cada uno de los temas, con intención de ayudar a plantear dudas (de teoría, de ejercicios o problemas, etc.) y a generar debate entre los estudiantes acerca de ellas y de los conceptos o aplicaciones y, como consecuencia, mejorar el aprendizaje. Las dudas y las respuestas de los foros resultarán ser útiles para el resto de los estudiantes. Se pretende que en esos foros se inicien debates planteando dudas o preguntas libremente, pero aportando una respuesta meditada al respecto, aunque sea equivocada, indicando por qué no se tiene seguridad sobre la misma.
–- herramientas para la realización de las pruebas de evaluación continua (PECs), que se propondrán a través del Curso virtual con el objetivo de fomentar el aprendizaje de la asignatura. Sobre la evaluación de esas pruebas, consúltese el apartado "Sistema de evaluación".
–- una distribución temporal (estimativa) de las diversas actividades del curso y una estimación del tiempo que se debe dedicar a cada tema.
TIPO DE PRUEBA PRESENCIAL
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| Tipo de examen |
| Tipo de examen |
Examen de desarrollo |
| Preguntas desarrollo |
| Preguntas desarrollo |
4 |
| Duración |
| Duración |
120 (minutos) |
| Material permitido en el examen |
| Material permitido en el examen |
Calculadora no programable. Libro de fórmulas y tablas matemáticas (sin anotaciones ni añadidos). |
| Criterios de evaluación |
| Criterios de evaluación |
La puntuación de cada pregunta (dos problemas y dos preguntas más teóricas) se indicará en el enunciado del examen. Es necesario aprobar por separado tanto las preguntas más teóricas como los problemas, si bien la evaluación del examen es global. Las preguntas más teóricas se deben contestar de manera razonada, ajustándose a lo que se pregunta y explicando lo que se haga. Los problemas se deben resolver realmente en detalle, no solo indicar cómo se podrían resolver, ni poner directamente la solución si se conoce la misma. En todo caso, se deben explicar con claridad los pasos y discutir los resultados, definiendo las variables que se usen y explicando las aproximaciones, la notación y las fórmulas que se utilicen.
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| % del examen sobre la nota final |
| % del examen sobre la nota final |
0 |
| Nota mínima del examen para aprobar sin PEC |
| Nota mínima del examen para aprobar sin PEC |
5 |
| Nota máxima que aporta el examen a la calificación final sin PEC |
| Nota máxima que aporta el examen a la calificación final sin PEC |
10 |
| Nota mínima en el examen para sumar la PEC |
| Nota mínima en el examen para sumar la PEC |
5 |
| Comentarios y observaciones |
| Comentarios y observaciones |
El peso del examen sobre la nota final depende de si el estudiante realiza o no las PECs. Para aprobar la asignatura, necesariamente la nota de la prueba presencial, "PP", ha de ser superior a 5 (sobre 10 puntos) y la calificación final de la asignatura se realiza de la siguiente manera: - si PP >= 5, CALIFICACIÓN FINAL ASIGNATURA= NOTA PP + 0.05 * NOTA PEC1 + 0.1 * NOTA PEC2 - si la PP < 5, CALIFICACIÓN FINAL ASIGNATURA= NOTA PP. |
PRUEBAS DE EVALUACIÓN CONTINUA (PEC)
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| ¿Hay PEC? |
| ¿Hay PEC? |
Si |
| Descripción |
| Descripción |
- La primera de las pruebas de evaluación continua, PEC1, es una prueba "on-line" de evaluación objetiva, con cuestiones relativas a los temas 1 a 4 del temario. La prueba es de respuestas de elección múltiple y será calificada de 0 a 10, aportando cada respuesta correcta 1 punto. - La segunda prueba de evaluación continua, PEC2, será una prueba de estructura similar al examen de las pruebas presenciales. Cubre los temas 1 a 8 del temario. El estudiante realizará la actividad en un plazo de 72 horas.
La descarga de los enunciados y la presentación de la solución se realizará usando la plataforma del curso virtual. |
| Criterios de evaluación |
| Criterios de evaluación |
- La PEC1 se califica de manera automática de 0 a 10 puntos, aportando cada respuesta correcta 1 punto. Se penalizarán los errores. - La PEC2 será calificada siguiendo las mismas ideas que la corrección del examen presencial: el estudiante debe explicar con claridad los pasos y discutir los resultados, definiendo todas las variables que use y explicando las aproximaciones, notación y fórmulas que utilice. No se deben hacer números hasta haber obtenido una expresión algebraica (se recomienda entonces hacer una estimación en órdenes de magnitud). |
| Ponderación de la PEC en la nota final |
| Ponderación de la PEC en la nota final |
Suma hasta un máximo de 1,5 puntos. |
| Fecha aproximada de entrega |
| Fecha aproximada de entrega |
La PEC1 será aproximadamente a mediados de abril. La PEC2, a principios de mayo. |
| Comentarios y observaciones |
| Comentarios y observaciones |
La PEC1 se realizará aproximadamente a mediados de abril. La PEC2 se realizará aproximadamente a principios de mayo. |
OTRAS ACTIVIDADES EVALUABLES
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| ¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
| ¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
No |
| Descripción |
| Descripción |
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| Criterios de evaluación |
| Criterios de evaluación |
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| Ponderación en la nota final |
| Ponderación en la nota final |
0 |
| Fecha aproximada de entrega |
| Fecha aproximada de entrega |
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| Comentarios y observaciones |
| Comentarios y observaciones |
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¿Cómo se obtiene la nota final?
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Los estudiantes realizarán la prueba presencial según el sistema general de Pruebas Presenciales de la UNED. Para aprobar la asignatura, necesariamente la nota de la prueba presencial, "PP", ha de ser superior a 5 (sobre 10 puntos). La calificación final de la asignatura se realiza de la siguiente manera: - si PP >= 5, CALIFICACIÓN FINAL ASIGNATURA= NOTA PP + 0.05 * NOTA PEC1 + 0.1 * NOTA PEC2 - si la PP < 5, CALIFICACIÓN FINAL ASIGNATURA= NOTA PP (obviamente, no hay calificación final mayor que 10 puntos). Nota: la revisión de las calificaciones de las pruebas presenciales, dispuesto en el artículo 44.7 de los Estatutos de la UNED, seguirá las directrices establecidas por el Consejo de Gobierno. |
Nota pervia: en el Curso virtual está disponible un Material complementario que cubre muchos de los contenidos de la asignatura. Incluye una colección de problemas resueltos.
Cualquiera de los dos textos que se mencionan puede usarse para preparar la asignatura, con el complemento del Material que aporta el equipo docente en el Curso virtual.
El texto de N. W. Ashcroft y N. D. Mermin (SOLID STATE PHYSICS, Brooks/Cole, 1976, ISBN(13): 978-0030839931) se recomienda especialmente. Es un libro excelente, que está considerado como un clásico.
El texto de Ashcroft y Mermin tiene un nivel ligeramente superior al del libro de C. Kittel (Introducción a la Física del estado sólido, 3ª edición española en Editorial Reverté, traducción de la 6ª en inglés, ISBN(13): 978-8429143171).
Importante: ambos textos tienen contenidos más amplios que el temario de la asignatura, pero pueden servir bien para prepararla. Dado que discuten en general más temas que los que contempla esta asignatura, resulta inevitable que los contenidos del temario estén un poco desperdigados en esos textos. Por esa razón, en el Curso virtual se aporta material complementario para todos los temas, con el objetivo de enmarcar los contenidos dentro de la progresión de la asignatura y ofreciendo enfoques alternativos a los estudiantes.
El libro de J. R. Hook y H. E. Hall (Solid State Physics, de la Manchester Physics Series, Wiley, 2ª edición) tiene un enfoque interesante, que en algunos casos es alternativo a los que ofrecen los textos básicos.
El libro de problemas de Juan José Meléndez Martínez (Problemas resueltos de Física de los sólidos, Editorial Paraninfo, 2017. ISBN: 9788428339353), presenta una discusión cuidada y detallada de un buen conjunto de problemas.
Otro libro de problemas en español es el de J. Maza, J. Mosqueira y J. A. Veira (Física del estado sólido: ejercicios resueltos, ISBN-13 (15) 978-84-9887-140-1, Universidad de Santiago de Compostela, 2009).
Pueder ser también interesante el libro de J. Piqueras y J. M. Rojo (Problemas de introducción a la física del estado sólido. Ed. Alhambra. 1979). El libro está agotado, pero se encuentra en la Biblioteca Central de la UNED y en las bibliotecas de muchos Centros Asociados
Todos los recursos de apoyo al estudio están contenidos en el Curso virtual.
El estudiante ha de prestar particular atención:
1.- Al material didáctico complementario, que quiere enmarcar y orientar los contenidos expuestos en los textos básicos, y que incluye una colección amplia de ejercicios y problemas.
2.- A la información aportada en el Curso virtual. Se recomienda que el estudiante haga uso del mismo, pues en él se podrá encontrar información acerca de la organización académica y las actividades del curso y los anuncios acerca de las pruebas de evaluación continua (PECs), que tienen el objetivo de fomentar el aprendizaje de la asignatura. Sobre la evaluación de esas pruebas, recuerde consultar el apartado "Sistema de evaluación".
3.- A los Foros de debate del Curso, que tienen como objetivo servir para que las dudas, comentarios y sugerencias sobre los temas de la asignatura se compartan entre los miembros del curso.
Por otra parte, debe recordarse que en las bibliotecas de los Centros Asociados se puede consultar la bibliografía básica recomendada y la bibliografía complementaria.
