5fsicaestadstica

berkeley physics course - volumen

TALLERESESTUDIANTILES

CIENCIAS

UNAM

SEGUNDA EDICIN

Edicinimpresa: Revert

Edicindigital:

Educacin

para todos

Educacin

para todosEducacin para todos no es un proyecto lucrativo,

sino un esfuerzo colectivo de estudiantes y profesores dela UNAM para facilitar el acceso a los materiales necesarios para

la educacin de la mayor cantidad de gente posible.Pensamos editar en formato digital libros que por su alto costo, obien porque ya no se consiguen en bibliotecas y libreras, no son

accesibles para todos.

Invitamos a todos los interesados en participar en esteproyecto a sugerir ttulos, a prestarnos los textos para sudigitalizacin y a ayudarnos en toda la labor tcnica que

implica su reproduccin. El nuestro, es un proyecto colectivoa la participacin de cualquier persona y todas las

colaboraciones son bienvenidas.

Nos encuentras en los Talleres Estudiantiles de la Facultad deCiencias y puedes ponerte en contacto con nosotros a la

siguiente direccin de correo electrnico:

eduktodos@gmail.comhttp://eduktodos.org.mx

abierto

Indice analtico Prlogo al Berkeley Physics Course, v Prlogo al volumen V , vi1 Agradecimiento, XI Notas al programa, xiri

Cupitulo 1 Notas caractersticas de los sistemas macroscpicos

Fluctuaciones en el equilibrio, 5 Irreversibilidad y tendencia al equilibrio, 16 Otros ejemplos, 29 Propiedades de la siuacin de equilibrio, 32 Calor y temperatura, 36 Magnitudes tpicas, 41 Problemas importantes de la fsica macroscpica, 47 Resumen de definiciones, 53 Sugerencias para lecturas suplementarias, 54 Problemas, 54

Capitulo 2 Conceptos bsicos de probabilidad

Conjuntos estadsticos, 60 Relaciones elementales entre probabilidades, 68 Distribucin binmica, 7 1 Valores medios, 80 Clculo 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

Captulo 3 Descripcin estadstica de los sistemas de partculas

Especificacin del estado de un sistema, 107 Conjunto estadstico, 1 14 Postulados estadsticos, 1 1 7 Clculos de probabilidad, 123 Nmero de estados accesibles a un estado macroscpico, 126 Ligaduras, equilibrio e irreversibilidad, 1 32 Interaccin entre sistemas, 137 Resumen de definiciones, 143 Relaciones importantes, 144 Sugerencias para lecturas suplementarias, 144 Problemas, 145

X X ndice analtico

Captulo 4 lnteraccin trmica

Distribucin de energa entre sistemas macroscpicos, 152 Tendencia al equilibrio trmico, 158 Temperatura, 159 Transferencia pequea de calor, 166 Sistema en contacto con un foco trmico, 168 Paramagnetismo, 174 Energa media de un gas ideal, 177 Presin media de un gas ideal, 183 Resumen de definiciones, 187 Relaciones importantes, 188 Sugerencias para lecturas suplementarias. 188 Problemas, 189

Captulo 5 Teora microscpica y medidas macroscpicas Determinacin de la temperatura absoluta, 204 Temperaturas absolutas altas y bajas, 208 Trabajo, energa interna y calor, 212 Capacidad trmica, 2 19 Entropa, 222 Parmetros intensivos y extensivos, 225 Resumen de definiciones, 226 Relaciones importantes, 226 Sugerencias para lecturas suplementarias, 227 Problemas, 227

Captulo 6 La distribucin cannica segn la aproximacin clsica

La aproximacin clsica, 236 Distribucin de velocidades de Maxwell, 244 Discusin sobre la distribucin de Maxwell, 248 Efusin y haces moleculares, 254 Teorema de la equiparticin, 260 Aplicaciones del teorema de la equiparticin, 262 Calor especfico de slidos, 265 Resumen de definiciones, 270 Relaciones importantes, 27 1 Sugerencias para lecturas suplementarias, 271 Problemas, 27 1

Captulo 7 lnteraccin termodinmica general

Dependencia del nmero de estados con los parmetros externos, 280 Relaciones generales vlidas en el equilibrio, 286 Aplicaciones a un gas ideal, 291 Postulados bsicos de la termodinmica estadstica, 296 Condiciones de equilibrio, 300

f ndice analtico XXI

7.6 Equilibrio entre fases, 307 7.7 Transformacin de desorden a orden, 314

Resumen de definiciones, 322 Relaciones importantes, 323 Sugerencias para lecturas suplementarias, 323 Problemas. 323

Captulo 8 Teora cintica elemental de los procesos de transporte

8.1 Recorrido libre medio, 333 8.2 Viscosidad y transporte de cantidad de movimiento, 8.3 Conductividad trmica y transporte de energa, 346 8.4 Autodifusin y transporte de molculas, 350 8.5 Conductividad elctrica y transporte de carga, 354

Resumen de definiciones, 358 Relaciones importantes, 358 Sugerencias para lecturas suplementarias, 358 Problemas, 359

Apndice

A . l Distribucin de Gauss, 366 A.2 Distribucin de Poisson, 371 A.3 Valores de las fluctuaciones de energa, 373 A.4 Impactos moleculares y presin de un gas, 376

Notas matemticas

M.l La notacin de suma, 380 M.2 Suma de una progresin o serie geomtrica, 380 M.3 Derivada de ln n! para "valores grandes de n, 381 M.4 Valor de In n! para valores grandes de n, 382 M.5 La desigualdad In x 5 x - 1, 383

M.6 Clculo de la integral j m e-"?dx, 383 - 00

M.7 Clculo de las integrales de la forma 00

Problemas suplement~rios, 388 Smbolos matemticos, 39 1 Alfabeto griego, 393 Constantes numricas, 395 Soluciones a los problemas, 397 fndice alfabtico, 407

PortadaPrlogo al Berkeley Physics CoursePrlogo al volumen VAgradecimientoNotas al programaIndice analticoCaptulo 1 Notas caractersticas de los sistemas macroscpicosFluctuaciones en el equilibrioIrreversibilidad y tendencia al equilibrioOtros ejemplosPropiedades de la siuacin de equilibrioCalor y temperaturaMagnitudes tpicasProblemas importantes de la fsica macroscpicaResumen de definicionesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Capitulo 2 Conceptos bsicos de probabilidadConjuntos estadsticosRelaciones elementales entre probabilidadesDistribucin binmicaValores mediosClculo de los valores medios para un sistema de spinesDistribuciones continuas de probabilidadResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 3 Descripcin estadstica de los sistemasde partculasEspecificacin del estado de un sistemaConjunto estadsticoPostulados estadsticosClculos de probabilidadNmero de estados accesibles a un estado macroscpicoLigaduras, equilibrio e irreversibilidadInteraccin entre sistemasResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 4 lnteraccin trmicaDistribucin de energa entre sistemas macroscpicosTendencia al equilibrio trmicoTemperaturaTransferencia pequea de calorSistema en contacto con un foco trmicoParamagnetismoEnerga media de un gas idealPresin media de un gas idealResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 5 Teora microscpica y medidas macroscpicasDeterminacin de la temperatura absolutaTemperaturas absolutas altas y bajasTrabajo, energa interna y calorCapacidad trmicaEntropaParmetros intensivos y extensivosResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 6 La distribucin cannica segn la aproximacin clsicaLa aproximacin clsicaDistribucin de velocidades de MaxwellDiscusin sobre la distribucin de MaxwellEfusin y haces molecularesTeorema de la equiparticinAplicaciones del teorema de la equiparticinCalor especfico de slidosResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 7 lnteraccin termodinmica generalDependencia del nmero de estados con los parmetros externosRelaciones generales vlidas en el equilibrioAplicaciones a un gas idealPostulados bsicos de la termodinmica estadsticaCondiciones de equilibrioEquilibrio entre fasesTransformacin de desorden a ordenResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

Captulo 8 Teora cintica elemental de los procesos de transporteRecorrido libre medioViscosidad y transporte de cantidad de movimientoConductividad trmica y transporte de energaAutodifusin y transporte de molculasConductividad elctrica y transporte de cargaResumen de definicionesRelaciones importantesSugerencias para lecturas suplementariasProblemas

ApndiceDistribucin de GaussDistribucin de PoissonValores de las fluctuaciones de energaImpactos moleculares y presin de un gas

Notas matemticasLa notacin de sumaSuma de una progresin o serie geomtricaDerivada de ln n! para "valores grandes de nValor de In n! para valores grandes de nLa desigualdad In x