Introduccion-a-Fisica-del-Estado-Solido-FIME

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UANL - FIME 
Introducción a Física del Estado Sólido 
1 
 IT-7-ACM-04-R03 
 
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VIGENTE A PARTIR DEL: 8 de Agosto del 2011 
 
 
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN 
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
 
PROGRAMA ANALÍTICO FIME 
 
Nombre de la unidad de aprendizaje: Introducción a Física del Estado Sólido 
Frecuencia semanal: 3 hrs. 
Horas presenciales: 42 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 48 hrs. 
Modalidad: Presencial 
Período académico: Semestral 
Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa 
Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura 
 ( ) Formación básica profesional ( X ) Formación profesional 
 ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección 
Créditos UANL: 3 
Fecha de elaboración: 12/03/2013 Fecha de la última actualización: 06/08/2013 
Responsables del diseño: Dr. Moises Hinojosa Rivera 
 Dr. Domingo Ixcóatl García Gutiérrez 
 
Presentación: 
 
Esta unidad de aprendizaje le proporcionara al estudiante las bases para lograr un entendimiento de los principios de la física del estado 
sólido, área que se ha convertido en una de las ramas más extensas e importantes de la física y que ha dado un gran impulso al desarrollo de un 
sin número de tecnologías actuales. La física del estado sólido es la ciencia de la estructura y propiedades de los sólidos y de los fenómenos que 
en ellos ocurren. Esta unidad de aprendizaje está dividida en 4 etapas, en la primera etapa se cubrirán temas relacionados con la física cuántica 
(dualidad onda-partícula, incertidumbre, ecuación de Schrödinger), en la segunda etapa se cubren temas relacionados con la clasificación de los 
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sólidos, su estructura cristalina y vibraciones de la red, en la tercera etapa se cubren los temas relacionados con las propiedades térmicas y 
electrónicas de los sólidos, y finalmente en la cuarta etapa se ven algunas de las propiedades magnéticas de los sólidos. 
 
Propósito: 
 
Esta unidad de aprendizaje tiene la finalidad de familiarizar al estudiante con las diferentes propiedades de los sólidos. Para lograrlo, 
primero el estudiante será introducido en conceptos básicos de mecánica cuántica, enlace químico y vibraciones de la red. Posteriormente, el 
estudiante será introducido en conceptos relacionados con las propiedades electrónicas y magnéticas. 
Esta unidad de aprendizaje sienta las bases para el entendimiento de las principales propiedades térmicas, electrónicas y magnéticas de los 
materiales, estableciendo y manteniendo la relación de esta unidad de aprendizaje con las unidades de aprendizaje de las áreas de ingeniería de 
materiales. 
 
 
Competencias del perfil de egreso: 
a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: 
Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: 
 
Competencias instrumentales: 
 
 Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones 
oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional. 
 Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y 
expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico. 
 Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en 
conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la 
sociedad. 
 Elabora propuestas académicas y profesionales inter, multi y transdisciplinarias de acuerdo a las mejores prácticas mundiales para fomentar y 
consolidar el trabajo colaborativo. 
 
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Competencias personales y de interacción social 
 
 Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a 
la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una 
sociedad sostenible. 
 
Competencias integradoras 
 
 Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de 
decisiones. 
 
 
b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje: 
Describir los diversos conceptos involucrados en la física del estado sólido, desde los modelos físicos en los cuales se fundamenta, hasta la 
descripción de los diferentes modelos que representan las propiedades térmicas, eléctricas y magnéticas de los materiales, buscando la 
distinción de la relación estructura-propiedades que existe en ellos, mediante la realización de análisis de los diferentes conceptos 
comprendidos en esta unidad de aprendizaje, para posibilitar la intervención en discusiones de grupo fundamentando sus ideas en los 
conocimientos de física del estado sólido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Representación gráfica 
 
Competencias de 
la Unidad de 
Aprendizaje
Instrumentales
Aplica estrategias de aprendizaje 
autónomo en los diferentes niveles y 
campos del conocimiento que le permitan 
la toma de decisiones oportunas y 
pertinentes en los ámbitos personal, 
académico y profesional
Análisis de los diferentes conceptos para 
posibilitar la intervención en discusiones de 
grupo fundamentando sus ideas en los 
conocimientos de física del estado sólido
Describir las propiedades magnéticas de los 
sólidos en base a los diferentes modelos 
teóricos propuestos en la literatura para su 
correcta discusión con compañeros y 
profesores
Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, 
icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa 
de vida, para comprender, interpretar y expresar 
ideas, sentimientos, teorías y corrientes de 
pensamiento con un enfoque ecuménico
Describir los diversos conceptos 
involucrados en la física del estado sólido, 
desde los modelos físicos en los cuales se 
fundamenta, hasta la descripción de los 
diferentes modelos que representan las 
propiedades térmicas, eléctricas y 
magnéticas de los materiales
Distinguir los diferentes tipos de enlaces y 
estructuras cristalinas que existen en los 
sólidos en base de modelos teóricos para la 
descripción de sus propiedades
Maneja las tecnologías de la información y la 
comunicación como herramienta para el acceso a 
la información y su transformación en 
conocimiento, así como para el aprendizaje y 
trabajocolaborativo con técnicas de vanguardia 
que le permitan su participación constructiva en la 
sociedad
Realización de análisis de los diferentes 
conceptos para posibilitar la intervención en 
discusiones de grupo fundamentando sus 
ideas en los conocimientos de física del estado 
sólidoRealización de análisis de los diferentes 
conceptos para posibilitar la intervención en 
discusiones de grupo fundamentando sus 
ideas en los conocimientos de física del estado 
sólido
Describir los diferentes conceptos básicos en los 
que se basa la Física del Estado Sólido, entendiendo 
los diferentes modelos teóricos que fundamentan la 
descripción de las propiedades físicas de los 
materiales sólidos
Elabora propuestas académicas y 
profesionales inter, multi y 
transdisciplinarias de acuerdo a las mejores 
prácticas mundiales para fomentar y 
consolidar el trabajo colaborativo
Describir los diversos conceptos 
involucrados en la física del estado 
sólido para posibilitar la 
intervención en discusiones de 
grupo fundamentando sus ideas 
en los conocimientos de física del 
estado sólido
Distinguir los diferentes tipos de enlaces y 
estructuras cristalinas que existen en los sólidos en 
base de modelos teóricos para la descripción de sus 
propiedades
Personales y de 
Interacción 
Social
Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, 
respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y 
responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad 
sosteniblePractica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, 
solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, 
justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una 
sociedad sostenible
Integradoras
Resuelve conflictos personales y 
sociales conforme a técnicas 
específicas en el ámbito académico y 
de su profesión para la adecuada toma 
de decisiones
Análisis de los diferentes conceptos 
comprendidos en esta unidad de 
aprendizaje, para posibilitar la 
intervención en discusiones de grupo 
fundamentando sus ideas en los 
conocimientos de física del estado sólido
Describir las propiedades térmicas y electrónicas de 
los sólidos en base a los diferentes modelos teóricos 
propuestos en la literatura para resolver problemas 
propuestos interpretando los resultados obtenidos
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Unidad temática 1: Principios de Física Cuántica. 
Competencias particulares: 
Describir los diferentes conceptos básicos en los que se basa la Física del Estado Sólido, entendiendo los diferentes modelos teóricos que 
fundamentan la descripción de las propiedades físicas de los materiales sólidos para asentar las bases que les permitirán desarrollar los 
conceptos de las siguientes unidades temáticas. 
 
Elementos de 
Competencia 
Evidencias de 
aprendizaje 
Criterios de 
desempeño 
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 
Describir los 
conceptos 
básicos en base 
de modelos 
matemáticos 
para 
fundamentar la 
descripción de 
las propiedades 
físicas de los 
materiales 
sólidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Síntesis de 
conceptos básicos 
 
 
Síntesis de 
conceptos 
básicos: 
 Buena 
presentación 
 Introducción 
 Análisis de 
información 
 Conclusiones 
reflexivas 
Discusión y análisis de las 
teorías básicas de física 
moderna, física estadística y 
mecánica cuántica. De la cual 
se entregará una síntesis como 
evidencia de la actividad. 
 Dualidad onda-
partícula 
 Principio de 
incertidumbre 
 Ecuación de 
Schrödinger 
 Aplicaciones de 
la Ecuación de 
Schrödinger, en 
1D y 3D, con y 
sin potencial. 
 Principio de 
exclusión de 
Pauli 
 
Aula 
Pintarrón 
Libros 
Internet 
Proyector 
 
 
 
 
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Unidad temática 2: Enlaces, estructuras y fonones en sólidos. 
Competencias particulares: 
Distinguir los diferentes tipos de enlaces y estructuras cristalinas que existen en los sólidos en base de modelos teóricos para la descripción de 
sus propiedades. 
 
Elementos de 
Competencia 
Evidencias de 
aprendizaje 
Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 
Distinguir tipos 
de enlaces y 
estructuras 
cristalinas que 
existen en los 
sólidos en base 
de modelos 
teóricos y 
experimentales 
para la 
descripción de 
sus propiedades. 
 
Presentaciones 
de los diferentes 
tipos de enlaces 
y estructuras 
cristalinas 
 
 
 
 
 
 
Problemas 
resueltos de de 
los temas de 
redes cristalinas, 
red reciproca y 
difracción de 
rayos X. 
 
 
 
Presentación debe de 
tener: 
 Buena presentación 
 Introducción 
 Desarrollo 
 Análisis de 
información 
 Conclusiones 
 
Problemas resueltos: 
 Orden y limpieza 
 Correcto uso de 
conceptos físicos 
 Simplificación de 
resultados 
 Conclusiones 
Discusión y análisis de los 
diferentes tipos de enlaces y 
estructuras cristalinas que 
existen en sólidos en base de 
modelos teóricos. De este 
análisis se realizarán las 
presentaciones sobre los 
diferentes tipos de enlace y 
las diferentes estructuras 
cristalinas. 
 
 
Resolver problemas teóricos 
sobre redes cristalinas, red 
reciproca y difracción de 
rayos X. 
 Enlaces en sólidos 
 Energía de cohesión 
 Estructuras 
cristalinas 
 Defectos en 
cristales 
 Difracción de Rayos 
X y Electrones en 
sólidos 
 Red reciproca y 
difracción 
 Vibraciones de 
átomos en sólidos 
 Fonones 
 Aplicaciones 
 
Aula 
Pintarrón 
Libros 
Internet 
Proyector 
 
 
 
 
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Unidad temática 3: Propiedades térmicas y electrónicas de los sólidos 
Competencias particulares: 
Describir las propiedades térmicas y electrónicas de los sólidos en base a los diferentes modelos teóricos propuestos en la literatura para 
resolver problemas propuestos interpretando los resultados obtenidos. 
 
Elementos de 
Competencia 
Evidencias de 
aprendizaje 
Criterios de 
desempeño 
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 
Describir los 
diferentes 
modelos que 
explican las 
propiedades 
térmicas y 
electrónicas de 
los sólidos a 
través del 
análisis de casos 
determinados 
para identificar 
la aplicación de 
los diferentes 
modelos en esos 
casos. 
 
Problemas 
resueltos de de 
los temas de 
propiedades 
térmicas y 
electrónicas de los 
sólidos. 
Problemas 
resueltos: 
 Orden y 
limpieza 
 Correcto uso 
de conceptos 
físicos 
 Simplificación 
de resultados 
 Conclusiones 
Resolver problemas teóricos 
sobre el calor específico, sobre 
el modelo de gas de electrones 
libres y sobre la conductividad 
eléctrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Calor específico 
 Conducción térmica, 
efectos de Peltier y de 
Seebeck y sus 
aplicaciones 
 Gas de electrones libres: 
Densidad de estados. 
 Niveles energéticos en 
una dimensión. 
 Distribución deFermi-
Dirac. 
 Gas de electrones libres 
en tres dimensiones. 
 Conductividad eléctrica 
y ley de Ohm. 
 Clasificación de sólidos 
en base a su 
conductividad. 
Aula 
Pintarron 
Libros 
Internet 
Proyector 
 
 
 
 
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Unidad temática 4: Propiedades magnéticas de los sólidos 
Competencias particulares: 
Describir las propiedades magnéticas de los sólidos en base a los diferentes modelos teóricos propuestos en la literatura para su correcta 
discusión con compañeros y profesores. 
 
Elementos de 
Competencia 
Evidencias de 
aprendizaje 
Criterios de 
desempeño 
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 
Describir los 
diferentes 
modelos que 
explican las 
propiedades 
magnéticas de 
los sólidos 
a través del 
análisis de casos 
determinados 
para identificar 
la aplicación de 
los diferentes 
modelos en 
esos casos. 
 
 
 
 
 
 
Síntesis de 
conceptos 
relacionados con 
las propiedades 
magnéticas 
Síntesis debe 
contener: 
 Buena 
presentación 
 Introducción 
 Análisis de 
información 
 Conclusiones 
reflexivas 
Discusión y análisis de los modelos 
que describen los diferentes tipos 
de comportamientos magnéticos 
presentados por los materiales. De lo 
anterior se entregará una síntesis 
como evidencia de la actividad. 
 Modelo del 
diamagnetismo 
 Modelo del 
paramagnetismo 
 Ferromagnetismo 
Aula 
Pintarrón 
Libros 
Internet 
Proyector 
 
 
 
 
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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) 
 
Evidencia Ponderación 
 
Síntesis de conceptos básicos 10% 
Presentaciones de los diferentes tipos de enlaces y estructuras cristalinas 20% 
Problemas resueltos de de los temas de redes cristalinas, red reciproca y difracción de rayos X 10% 
Problemas resueltos de de los temas de propiedades térmicas y electrónicas de los sólidos 20% 
Síntesis de conceptos relacionados con las propiedades magnéticas 20% 
 
 
Producto integrador de aprendizaje: 
Producto integrador 20 % 
 
Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará un proyecto en el cual analizará las propiedades físicas de un material 
específico y sus aplicaciones, compilando información recabada de diversas fuentes literarias conteniendo: portada, introducción, resumen, 
antecedentes históricos, resultados (propiedades físicas, térmicas y químicas), aplicaciones, conclusiones reflexivas y referencias bibliográficas. 
 
 
 
Fuentes de apoyo y consulta: 
 
 
 Libro: Introduction to Solid State Physics 
Autor: Charles Kittel 
 Editorial: John Wiley& Sons 
 
 Libro: Solid State Physics 
 Autor: N. W. Ashcroft y N. D. Mermin 
 Editorial: Thomson Learning 
 
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 Libro: Solid-State Physics: An Introduction to Principles of Materials Science 
Autor: H. Ibach y H. Lüth 
 Editorial: Springer 
 
 Revista: Accounts of Chemical Research 
Artículo: Lead Salt Quantum Dots: the Limit of Strong Quantum Confinement 
Volumen: 33 
Páginas: 773-780 
Año: 2000 
Autor: Frank. W. Wise 
 
 
o Tema: Modelo de Gas de Electrones Libres 
 Liga: http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/kap_2/backbone/r2_1_1.html 
Fecha última revisión: 03/07/2013 
 
 
Perfil del docente: 
 
Poseer un grado académico superior a la licenciatura de un área afín a la ingeniería para impartir las asignaturas en física, así como ser 
competente en el manejo de las TIC’s y contextos pedagógicos que le permitan fomentar ambientes de aprendizaje participativos para contribuir 
a la formación integral del estudiante. 
 
Ficha bibliográfica del profesor: 
 
El Dr. Domingo Ixcóatl García Gutiérrez es egresado de la carrera de Ingeniero Físico Industrial por el ITESM Campus Monterrey, además cuenta 
con una Maestría y un Doctorado en Ciencia e Ingeniería de los Materiales por parte de la Universidad de Texas en Austin. Actualmente se 
desempeña como Coordinador de los Laboratorios de Posgrado de la FIME, contando con el reconocimiento de Perfil Deseable por el PROMEP, y 
siendo parte del Sistema Nacional de Investigadores en el nivel 1. 
 
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VIGENTE A PARTIR DEL: 8 de Agosto del 2011 
 
El Dr. Moisés Hinojosa Rivera es egresado de la UANL y realizó postdoctorado en la ONERA (Chatillon, Francia). Cuenta con el reconocimiento de 
Perfil Deseable por el PROMEP, y es miembro del Sistema Nacional de Investigadores en el nivel 1. Es miembro de la Academia Mexicana de 
Ciencias 
 
 
 
 
 
 
JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO 
 
 
 
 
 
 
COORDINACIÓN DE LA DIVISIÓN SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA 
DE MATERIALES