Mecánica estadística
La mecánica estadística o termodinámica estadística, es una rama de la física que se aplica a la teoría de probabilidades, que contiene matemática con herramientas para hacer frente a grandes poblaciones, para el estudio del comportamiento termodinámico de sistemas compuestos por un gran número de partículas.
La mecánica estadística proporciona un marco para relacionar las propiedades microscópicas de los átomos y moléculas individuales a las propiedades macroscópicas de materiales a granel que se pueden observar en la vida cotidiana, por lo tanto explicar la termodinámica como resultado de la mecánica cuántica y la descripción clásica de la estadística y la mecánica en el microscopio nivel.
La mecánica estadística proporciona un nivel de interpretación molecular de las cantidades termodinámicas macroscópicas tales como trabajo, calor, energía libre y entropía. Permite a las propiedades termodinámicas de los materiales a granel estar relacionadas con los datos espectroscópicos de las moléculas individuales.
Esta capacidad de hacer predicciones basadas en las propiedades macroscópicas microscópicas es la principal ventaja de la mecánica estadística sobre la termodinámica clásica. Ambas teorías se rigen por la segunda ley de la termodinámica a través del medio de la entropía. Sin embargo, la entropía de la termodinámica sólo puede ser conocida empíricamente, mientras que en la mecánica estadística, es una función de la distribución del sistema en su micro-estados.
La mecánica estadística se inició en 1870 con el trabajo de físico austriaco Ludwig Boltzmann , muchos de los cuales fue publicado en conjunto en el 1896 Boltzmann Conferencias sobre el gas Y SU teoría original de los documentos de Boltzmann en la interpretación estadística de la termodinámica, el H-teorema , la teoría de transporte , equilibrio térmico , la ecuación de estado de los gases, y temas similares, ocupan cerca de 2.000 páginas en las deliberaciones de la Academia de Viena y otras sociedades.
El término «termodinámica estadística» se propuso para uso de los americanos termodinámicos y químicos físicos J. Willard Gibbs en 1902. Según Gibbs, el término «estadístico», en el contexto de la mecánica, es decir, la mecánica estadística, se utilizó por primera vez por el físico escocés James Clerk Maxwell en 1871.
Postulado fundamental
El postulado fundamental de la mecánica estadística (también conocida como la igualdad de un postulado probabilidad a priori) es el siguiente:
Dado un sistema aislado en equilibrio, se encuentra con la misma probabilidad en cada uno de sus micro estados.
Este postulado es una hipótesis fundamental en la mecánica estadística – que establece que un sistema en equilibrio no tiene preferencia por ninguno de sus microestados disponibles. Habida cuenta de microestados Ω a una energía particular, la probabilidad de encontrar el sistema en un microestado particular es p = 1 / Ω.
Este postulado es necesario porque permite a la conclusión de que para un sistema en equilibrio, el estado termodinámico (macroestado) que podrían resultar de un mayor número de microestados es el macroestado más probable del sistema.
El postulado se justifica en parte, para los sistemas clásicos, por el teorema de Liouville (Hamilton), lo que demuestra que si la distribución de puntos de acceso del sistema a través del espacio de fases es uniforme en algún momento, lo sigue siendo a veces más tarde.
Justificación similar a un sistema discreto es proporcionada por el mecanismo de balance detallado.
Esto permite la definición de la función de información (en el contexto de la teoría de la información):
