Termodinámica Estadística

Semestre:

7°

Fecha de elaboración:

Agosto de 2013

Fecha de revisión:

Septiembre de 2013

Elaborado por:

Federico Vázquez Hurtado

Ciclo de formación:

Profesional

Área curricular:

Ciencias de la Disciplina

Tipo de unidad:

Teórica

Carácter de unidad:

Obligatoria

Clave:

TE01FP050010

Créditos:

10

Semestre:

7°

Horas Teoría:

5

Horas Práctica:

0

Programas académicos en los que se imparte:

Licenciatura en Ciencias Áreas terminales en Matemáticas, Física, Bioquímica y Biología Molecular, y Ciencias Computacionales y Computación Científica

Prerrequisitos:

Referir los conceptos básicos fundamentales de la mecánica cuántica y el formalismo de operadores y funciones de onda; formular y resolver ecuaciones simples concernientes a los fenómenos característicos del mundo microscópico.

Antecedentes Recomendadas:

Ninguna

Consecuentes Recomendadas:

  • Ninguna

Presentación de la unidad de aprendizaje:

Durante el desarrollo del curso, se aborda el formalismo teórico –con enfoque microscópico- del estudio de los sistemas de partículas en equilibrio termodinámico, además de derivar funciones de distribución probabilística.

Propósito de la unidad de aprendizaje:

Formular y aplicar los principios, conceptos y ecuaciones fundamentales que caracterizan el formalismo teórico de la física estadística.

Competencias profesionales:

Plantear, analizar y resolver problemas físicos, tanto teóricos como experimentales, mediante la utilización de métodos analíticos, experimentales o numéricos. Demostrar una comprensión profunda de los conceptos y principios fundamentales de la física clásica. Sintetizar soluciones particulares, extendiéndolas hacia principios, leyes o teorías más generales.

Contribución al perfil de egreso:

El principal aporte para dar cumplimiento al perfil de egreso se observa en: posibilitar el adecuado desempeño para seleccionar, movilizar y gestionar las disposiciones y los recursos disponibles para resolver problemas en el campo de la termodinámica estadística.

Secuencia temática:

  1. I Fundamentos de mecánica estadística.
    1. Macroestado y microestado; promedio estadístico e hipótesis ergódica; el operador estadístico de sistemas cuánticos; ecuación de Von Neumann; función de distribución estadística para sistemas clásicos; distribución microcanónica para un sistema aislado; entropía estadística; temperatura, presión y potencial químico; condiciones de equilibrio; las propiedades termodinámicas desde el punto de vista de la mecánica estadística; distribución canónica para sistemas cerrados; energía libre; tercer principio de la termodinámica; el ejemplo del gas ideal clásico monoatómico; paradoja de Gibbs; teoremas de equipartición y del virial; osciladores; sistemas magnéticos; paramagnetos de Langevin y de Brillouin; calor específico de Schottky en sistemas de dos niveles; distribución gran canónica para sistemas abiertos; fluctuaciones de la energía y del número de partículas; origen estadístico de la estabilidad termodinámica.
  2. II Mecánica estadística de sistemas de partículas idénticas.
    1. Propiedades de los sistemas cuánticos de partículas idénticas: simetría de las funciones de onda; bosones y fermiones; principio de Pauli; el fenómeno de intercambio; aproximación de Hartree-Fock; indistinguibilidad de las partículas idénticas y sus consecuencias; números de ocupación; gran potencial termodinámico de un gas ideal de partículas idénticas; distribuciones de Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac y Bose-Einstein; gas ideal de Fermi; gas ideal de Bose; condensación de Bose; estadística de la radiación electromagnética en equilibrio: distribución espectral, fotones, fórmula de Planck para la radiación del cuerpo negro; oscilaciones de los iones en un sólido cristalino: aproximación armónica; fonones; modelos de Einstein y de Debye.
  3. III Cinética física.
    1. Ecuación de Pauli para la evolución temporal del operador estadístico; cadenas de Markov; teorema H de Boltzmann; interacción de la radiación con la sustancia; láser; ecuaciones cinéticas para las funciones de distribución de una partícula; ecuación de Fokker-Planck; movimiento Browniano; ecuación de Boltzmann; aproximación del tiempo de relajación.

Criterios de Evaluación:

Bibliografía básica:

  • Reif, F. 2008. Fundamentals of statistical and thermal physics. Ed. Waveland Pr Inc.
  • Amit, D. and Verbin, Y. 1999. Statistical physics. Ed. World Scientific.
  • Baierlein. 2001. Thermal physics. Ed. Cambridge University Press. Estados Unidos.
  • Linder, B. 2004. Thermodynamics and introductory statiscal mechanics. Ed. Wiley.

Bibliografía complementaria:

  • Greiner, W.; Neise, L. and Stöcker, H. 2000. Thermodynamics and statiscal mechanics. Ed. Springer.
  • Rodríguez Castellanos, C. y Pérez Maldonado, M.T. 2002. Introducción a la física estadística. Ed. Félix Varela. Cuba.
  • Lim, Y.K. 1994. Problems and solutions on thermodynamics and statiscal mechanics. Ed. World Scientific Publishing Company.
  • Kubo. 1968. Thermodynamics. An advanced course with problems and solutions. Ed. North Holland.