INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL SECRETARIA ACADEMICA DIRECCION DE ESTUDIOS PROFESIONALES ESCUELA: SUPERIOR DE FISICA Y MATEMATICAS CARRERA: LIC. EN FISICA Y MATEMATICAS ESPECIALIDAD: COORDINACION: FISICA TEORICA DEPARTAMENTO: FISICA
ASIGNATURA: FISICA ESTADISTICA CLAVE: 0821 SEMESTRE: 8o CREDITOS: 12 VIGENTE: 94/95 TIPO DE ASIGNATURA: OBLIGATORIA MODALIDAD: ESCOLARIZADO
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA La Mecánica Estadística estudia desde un punto de vista microscópico, las propiedades macroscópicas de sistemas de muchas partículas como función de la temperatura y otras variables de estado; razón por la cual el alumno debe de entenderla y manejarla. Se encuentra entonces relacionada con el curso de Termodinámica (Física Teórica II) de la cual explica sus leyes fundamentales. En el curso de Física del Estado Sólido se emplea en el cálculo de capacidades caloríficas, conducción eléctrica, distribuciones electrónicas en metales semiconductores. En relación a la Mecánica Cuántica se estudia las distribuciones de Bose-Einstein y Fermi-Dirac. En Teoría Cinética de Gases se relaciona con la distribución de Maxwell-Boltzmann de equilibrio.
OBJETIVO GENERAL El objetivo primario es que el alumno a partir del Hamiltoniano del sistema de partículas clásicas o cuánticas; pueda evaluar la función de partición del sistema y por lo tanto sus variables termodinámicas de estado.
TIEMPOS TOTALES ASIGNADOS: HRS./SEMESTRE:120 HRS/SEMANA:6 HRS./TEORIA/SEMESTRE: 120 HRS./PRACTICA/SEMESTRE:
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR:ACADEMIA DE FISICA TORICA REVISADO POR:DEPTO. DE FISICA APROBADO POR:CONS.TEC.CONS.ESC.
AUTORIZADO POR: M. en C. OLGA L. HERNANDEZ CH. DIRECTORA
ASIGNATURA: FISICA ESTADISTICA
CLAVE: 0821
HOJA 2
DE 5
NOMBRE: PRINCIPIOS GENERALES DE MECANICA ESTADISTICA
No.UNIDAD: I
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD A partir de la dinámica de un sistema de partículas dado por su hamiltoniano, el alumno será capaz de evaluar el volumen fase o la función de peso para tal sistema. A continuación establecerá la relación del sistema y las condiciones de equilibrio, así como la relación entre cantidades estadísticas y termodinámicas. Como ejemplos de esto será capaz de obtener la ecuación de estado de un gas ideal y su entropía.
# DE TEMA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TEMAS R e v i s i ó n d e m e c án i c a c l á s i c a Sistemas y conjuntos estadísticos. Teoremas de Liouville Conjunto microcanónico Entropía en mecánica estadística Condiciones de equilibrio Ejemplos de funciones de distribución y entropía Relación entre cantidades termodinámicas y estadísticas Entropía de un gas ideal en el conjunto microcanónico. Paradoja de Gibbs.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Exposición en el pizarrón con participación de alumnos.
H/T
H/P
EC.
CLAVE BIBLIO.
4 4 4 4 4 4 4
1B 1B,2C 1B 1B,2C 1B,2C 1B,2C 1B
4
1B,2C
4
1B
4
1B,2C
ASIGNATURA:
FISICA ESTADISTICA
CLAVE: 0821
HOJA 3
DE 5
NOMBRE: MECANICA ESTADISTICA CLASICA
No.UNIDAD: II
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aprenderá a manejar el conjunto canónico en el espacio fase y el método de microestados de Boltzmann. Mediante la función de partición del conjunto canónico obtendrá las funciones termodinámicas. Será capaz de obtener la ley de distribución de Maxwell-Boltzmann y la equipartición de la energía. Podrá usar el conjunto gran canónico en sistemas con número variable de partículas y aplicarlos a reacciones químicas, propiedades de moléculas poliatómicas y fluctuaciones.
# DE TEMA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TEMAS Conjunto canónico C o n d i c io n e s cuánticas y método de Boltzmann Funciones termodinámicas en conjunto canónico Ley de distribución de Maxwell y equipartición de la energía. Conjunto gran canónico Potencial químico de campos externos Reacciones químicas Propiedades de moléculas poliatómicas. Termodinámica y mecánica estadística del magnetismo Fluctuaciones.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Exposición en el pizarrón participación del alumno.
H/T con
H/P
EC.
CLAVE BIBLIO.
4 4
1B,2C 1B,2C
4
1B
4
1B
4 4 4 8 9
1B 1B,2C 1B,2C 1B 1B
10
1B,2C
ASIGNATURA: FISICA ESTADISTICA
CLAVE: 0821
HOJA 4
DE 5
NOMBRE: MECANICA ESTADISTICA CUANTICA.
No.UNIDAD: III
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aprenderá a utilizar las funciones de distribución cuántica de Fermi-Dirac, para calcular capacidades caloríficas de metales y distribuciones electrónicas en materiales y la distribución de Bose-Einstein para calcular capacidades caloríficas de sólidos, la condensación de un gas de bosones, la distribución de Planck y fluctuaciones cuánticas en general. Asimismo deberá entender y manejar la relación entre teoría de la información y mecánica estadística.
# DE TEMA 1 2 3 4 5 6 7 8 9
TEMAS D i s t r i b u c i ó n d e F er m i - D i r a c . Capacidad calorífica de un gas de electrones a temperaturas bajas. Función de distribución electrónica y nivel de Fermi. Distribución de Bose Einstein y condensación de Einstein. Radiación de cuerpo negro y Ley de Radiación de Planck. Fluctuaciones cuánticas. Capacidad calorífica de sólidos. Límite clásico de las distribuciones cuánticas. Teoría de información y mecánica estadística.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Exposición en el pizarrón participación del alumno.
H/T con
H/P
EC.
CLAVE BIBLIO.
4 4
1B,2C 1B
4
1B
4
1B,2C
4
1B,2C
4 4 4
1B,2C 1B 1B
4
1B,2C
ASIGNATURA: FISICA ESTADISTICA
CLAVE:
UNIDADES TEMATICAS
1º
I
EXAMEN ESCRITO, SERIE DE PROBLEMAS. (70%) (30%)
2º
II
EXAMEN ESCRITO, SERIE DE PROBLEMAS. (30%) (70%)
3º
III
EXAMEN ESCRITO, SERIE DE PROBLEMAS. (30%) (70%)
CLAVE
HOJA
EVALUACION
PERIODO
PROCEDIMIENTOS DE
0821
B I B L I O G R A F I A B
1
C X
CH.Kittel, Elementary Statistical Physics, Ed. John Wiley, New York 1967.
2
X
L.Landau Y M. Lifshitz, Física Estadísitca, Ed. Reverté, Barcelona 1967.
3
X
Mandl, F., Statistical Physics, Ed. Wiley 1970.
5 DE 5
