Termodinámica y Mecánica Estadística I

Programa tentativo de la materia - Año 2014

Docentes: Gustavo Castellano, Silvina Pérez, Guillermo Aguirre Varela.

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Introducción. Generalidades. Equilibrio termodinámico. Definición cuantitativa de calor. Diferenciales exactos e imperfectos. El objetivo de la termodinámica. Postulados de máxima entropía.

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Condiciones para el equilibrio. Parámetros intensivos. Ecuaciones de estado. Equilibrio térmico. Equilibrio mecánico. Equilibrio respecto del flujo de materia. Equilibrio químico. Ecuación de Euler y relación de Gibbs-Duhem.

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Algunos ejemplos de sistemas simples. Gas ideal. Mezcla de gases ideales. Paradoja de Gibbs. Fluido ideal de Van der Waals. Radiación electromagnética. Banda de goma. Sistemas magnéticos. Capacidades caloríficas y otras derivadas.

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Procesos reversibles y trabajo máximo. Procesos cuasiestáticos y reversibles. Aprovechamiento del flujo de calor. Flujo espontáneo de calor. Teorema de trabajo máximo. Rendimiento de máquinas. Máquina de Carnot. Otras máquinas térmicas: motor a nafta (o de aire caliente); ciclo de Brayton o Joule; ciclo Diesel.

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Formulaciones alternativas. Principio de mínima energía. Transformaciones de Legendre. Potenciales termodinámicos o energías libres. El significado de los potenciales termodinámicos. Los principios de mínimo para los potenciales termodinámicos. Reacciones químicas.

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Relaciones de Maxwell. Algunos ejemplos: compresión adiabática; compresión isotérmica; expansión libre. Enfriamiento y licuefacción de gases: efecto Joule (expansión libre); efecto Joule-Thomson (estrangulamiento). Presión osmótica.

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La estabilidad de los sistemas termodinámicos. Condiciones de estabilidad para los potenciales termodinámicos. Consecuencias físicas de la estabilidad (local). Principio de Le Châtelier. Principio de Le Châtelier-Braun.

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Transiciones de fase. Discontinuidad en la entropía - Calor latente. Ecuación de Clausius-Clapeyron. Fluido de Van der Waals. Exponentes críticos. Sistemas multicomponentes. Diagramas de fase para sistemas binarios. Soluciones binarias regulares.

Bibliografía:

H. Callen: ``Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics'', 2a. edición, Wiley, Nueva York, 1985.

(L. Reichl: ``A Modern Course in Statistical Physics'', University of Texas Press, Austin, 1980.)

Apuntes de clase (basados principalmente en los textos anteriores): pdf o HTML.