Fisica estadística

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Educación

para todos

TALLERES ESTUDIANTILES CIENCIAS UNAM

berkeley physics course - volumen SEGUNDA EDICIÓN Edición impresa:

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Educación

para todos Educación para todos no es un proyecto lucrativo, sino un esfuerzo colectivo de estudiantes y profesores de la UNAM para facilitar el acceso a los materiales necesarios para la educación de la mayor cantidad de gente posible.

Pensamos editar en formato digital libros que por su alto costo, o bien porque ya no se consiguen en bibliotecas y librerías, no son accesibles para todos.

Invitamos a todos los interesados en participar en este proyecto a sugerir títulos, a prestarnos los textos para su digitalización y a ayudarnos en toda la labor técnica que implica su reproducción. El nuestro, es un proyecto colectivo abierto a la participación de cualquier persona y todas las colaboraciones son bienvenidas.

Nos encuentras en los Talleres Estudiantiles de la Facultad de Ciencias y puedes ponerte en contacto con nosotros a la siguiente dirección de correo electrónico: eduktodos@gmail.com http://eduktodos.org.mx

Indice analítico

Prólogo al Berkeley Physics Course, Prólogo al volumen V , vi1 Agradecimiento, XI Notas al programa, xiri

v

Cupitulo 1 Notas características de los sistemas macroscópicos Fluctuaciones en el equilibrio, 5 Irreversibilidad y tendencia al equilibrio, 16 Otros ejemplos, 29 Propiedades de la siuación de equilibrio, 32 Calor y temperatura, 36 Magnitudes típicas, 41 Problemas importantes de la física macroscópica, 47 Resumen de definiciones, 53 Sugerencias para lecturas suplementarias, 54 Problemas, 54

Capitulo 2 Conceptos básicos de probabilidad Conjuntos estadísticos, 60 Relaciones elementales entre probabilidades, 68 Distribución binómica, 7 1 Valores medios, 80 Cálculo de los valores medios para un sistema de spines, 85 Distribuciones continuas de probabilidad, 92 Resumen de definiciones, 97 Relaciones importantes, 97 Sugerencias para lecturas suplementarias, 98 Problemas, 98

Capítulo 3 Descripción estadística de los sistemas de partículas Especificación del estado de un sistema, 107 Conjunto estadístico, 1 14 Postulados estadísticos, 1 1 7 Cálculos de probabilidad, 123 Número de estados accesibles a un estado macroscópico, 126 Ligaduras, equilibrio e irreversibilidad, 1 32 Interacción entre sistemas, 137 Resumen de definiciones, 143 Relaciones importantes, 144 Sugerencias para lecturas suplementarias, 144 Problemas, 145

XX

índice analítico

Capítulo 4 lnteracción térmica Distribución de energía entre sistemas macroscópicos, 152 Tendencia al equilibrio térmico, 158 Temperatura, 159 Transferencia pequeña de calor, 166 Sistema en contacto con un foco térmico, 168 Paramagnetismo, 174 Energía media de un gas ideal, 177 Presión media de un gas ideal, 183 Resumen de definiciones, 187 Relaciones importantes, 188 Sugerencias para lecturas suplementarias. 188 Problemas, 189

Capítulo 5

Teoría microscópica y medidas macroscópicas

Determinación de la temperatura absoluta, 204 Temperaturas absolutas altas y bajas, 208 Trabajo, energía interna y calor, 212 Capacidad térmica, 2 19 Entropía, 222 Parámetros intensivos y extensivos, 225 Resumen de definiciones, 226 Relaciones importantes, 226 Sugerencias para lecturas suplementarias, 227 Problemas, 227

Capítulo 6 La distribución canónica según la aproximación clásica La aproximación clásica, 236 Distribución de velocidades de Maxwell, 244 Discusión sobre la distribución de Maxwell, 248 Efusión y haces moleculares, 254 Teorema de la equipartición, 260 Aplicaciones del teorema de la equipartición, 262 Calor específico de sólidos, 265 Resumen de definiciones, 270 Relaciones importantes, 27 1 Sugerencias para lecturas suplementarias, 271 Problemas, 27 1

Capítulo 7 lnteracción termodinámica general Dependencia del número de estados con los parámetros externos, 280 Relaciones generales válidas en el equilibrio, 286 Aplicaciones a un gas ideal, 291 Postulados básicos de la termodinámica estadística, 296 Condiciones de equilibrio, 300

f ndice analítico XXI 7.6 7.7

Equilibrio entre fases, 307 Transformación de desorden a orden, 314 Resumen de definiciones, 322 Relaciones importantes, 323 Sugerencias para lecturas suplementarias, 323 Problemas. 323

Capítulo 8 Teoría cinética elemental de los procesos de transporte 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Recorrido libre medio, 333 Viscosidad y transporte de cantidad de movimiento, Conductividad térmica y transporte de energía, 3 4 6 Autodifusión y transporte de moléculas, 350 Conductividad eléctrica y transporte de carga, 354 Resumen de definiciones, 358 Relaciones importantes, 358 Sugerencias para lecturas suplementarias, 358 Problemas, 359

Apéndice A.l A.2 A.3 A.4

Distribución de Gauss, 366 Distribución de Poisson, 371 Valores de las fluctuaciones de energía, 373 Impactos moleculares y presión de un gas, 376

Notas matemáticas M.l M.2 M.3 M.4

La notación de suma, 380 Suma de una progresión o serie geométrica, 380 Derivada de ln n! para "valores grandes de n, 381 Valor de In n! para valores grandes de n, 382 M.5 La desigualdad In x 5 x - 1, 383 M.6 Cálculo de la integral

j

m

- 00

e-"?dx, 383

M.7 Cálculo de las integrales de la forma 00

Problemas suplement~rios,388 Símbolos matemúticos, 39 1 Alfabeto griego, 393 Constantes numéricas, 395 Soluciones a los problemas, 397 fndice alfabético, 407