La Mecánica Estadística en la Universidad

Hoy día, la Mecánica Estadística es materia de Estudio en las Facultades de Física mediante currículos y programas de trabajo, estudio e investigación que se desarrollan y renuevan sin cesar, desde enfoques muy diversos en las distintas universidades. Existen Departamentos de Física Estadística, dedicados a la docencia e investigación en el campo, en múltiples Facultades de Física, de Química, o en
Centros de Ingeniería, siendo diferentes en las distintas universidades tanto los
niveles de información a los estudiantes como los sesgos o direcciones de las pautas de investigación en Física Estadística.


Ronny J Duarte C

Evidencia de entropía

Cuando se plantea la pregunta: ¿por qué ocurren los sucesos de la manera que ocurren, y no al revés? se busca una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos en la naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que finalmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, finalizando en equilibrio térmico. Sin embargo, el proceso inverso, el trozo caliente calentándose y el trozo frío enfriándose, es muy improbable a pesar de conservar la energía. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente; es decir, a maximizar la entropía
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Relación Estadística-Termodinámica

La relación entre estados microscópicos y macroscópicos (es decir, la termodinámica) viene dada por la famosa fórmula de Boltzmann de la entropía:


Donde:
Ω es el número de estados microscópicos compatibles con una energía, volumen y número de partículas dado
kB es la constante de Boltzmann.
En el término de la izquierda tenemos la termodinámica mediante la entropía definida en función de sus variables naturales, lo que da una información termodinámica completa del sistema. A la derecha tenemos las configuraciones microscópicas que definen la entropía mediante esta fórmula. Estas configuraciones se obtienen teniendo en cuenta el modelo que hagamos del sistema real a través de su Hamiltoniano mecánico.

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Aplicación de la mecánica estadística

Empíricamente la termodinámica ha estudiado los gases y ha establecido su comportamiento macroscópico con alto grado de acierto. Gracias a la fisica estadística es posible deducir las leyes termodinámicas que rigen el comportamiento macroscópico de este gas, como la ecuación de estado del gas ideal o la ley de Boyle-Mariotte, a partir de la suposición de que las partículas en el gas no están sometidas a ningún potencial y se mueven libremente con una energía cinética igual a colisionando entre sí y con las paredes del recipiente de forma elástica. El comportamiento macroscópico del gas depende de tan sólo unas pocas variables macroscópicas (como la presión, el volumen y la temperatura). Este enfoque particular para estudiar el comportamiento de los gases se llama teoría cinética.
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espacio de fase

Cuando un gas está muy diluido y caliente, de modo que la longitud de De Brogliede sus moléculas es mucho más pequeña que la distancia media entre partículas, un tratamiento cuántico es innecesario y el problema puede ser estudiado mediante la física clásica.

Suma de fuerzas

Cuando sobre un cuerpo o sólido rígido actúan varias fuerzas que se aplican en el mismo punto, el cálculo de la fuerza resultante resulta trivial: basta sumarlas vectorialmente y aplicar el vector resultante en el punto común de aplicación. Sin embargo, cuando existen fuerzas con puntos de aplicación diferentes es necesario determinar el punto de aplicación de la fuerza resultante. Para fuerzas no paralelas esto puede hacerse sumando las fuerzas dos a dos. Para ello se consideran dos de las fuerzas trazan rectas prolongando las fuerzas en ambos sentidos y buscando su intersección. Esa intersección será un punto de paso de la fuerza suma de las dos. A continuación se substituyen las dos fuerzas por una única fuerza vectorial suma de las dos anteriores aplicada en el punto de intersección. Esto se repite n-1 veces para un sistema de n fuerzas y se obtiene el punto de paso de la resultante.
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Análisis del equilibrio

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:
1. El resultado de la suma de fuerzas es nulo.
2. El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.
• Estas dos condiciones, mediante el álgebra vectorial, se convierten en un sistema de ecuaciones; la resolución de este sistema de ecuaciones, es resolver la condición de equilibrio.
• Existen métodos de resolución de este tipo de problemas estáticos mediante gráficos, heredados de los tiempos en que la complejidad de la resolución de sistemas de ecuaciones se evitaba mediante la geometría, si bien actualmente se tiende al cálculo por ordenador.
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¿Que es la Mecánica estática?

Al estudiar sistemas compuestos por un número muy grande de componentes atómicos la física abandona el proyecto de analizar detalladamente trayectorias o estados cuánticos, y lo substituye por un tratamiento estadístico. Durante el pasaje de la mecánica clásica a la mecánica estadística, que se realiza durante la segunda mitad del siglo XIX, los esquemas basados en probabilidades prevalecen sobre los conceptos de órbitas exactamente prescriptas. Maxwell introduce el nombre mecánica estadística en una publicación de 1879. La probabilidad comienza a reemplazar la certeza. Sin embargo, paradojalmente, es justamente el enorme número de elementos microscópicos que componen los materiales el que permite resultados estadísticos de gran precisión y confiabilidad.

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Statistical_mechanics
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El efecto Hall

El efecto Hall consiste en la aparición de un campo eléctrico en un conductor cuando es atravesado por un campo magnético. A este campo eléctrico se le llama campo Hall. Llamado efecto Hall en honor a su descubridor Edwin Duntey Hall Cuando por un material conductor o semiconductor, circula una corriente eléctrica, y estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se comprueba que aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa dentro del material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del material conductor o semiconductor, apareciendo así un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y al propio campo eléctrico generado por la batería (Fm). Este campo eléctrico es el denominado campo Hall (EH), y ligado a él aparece la tensión Hall
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/The_Hall_Effect
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El Nanogenerador

Científicos del Colegio de Materiales de la Ciencia ("School of Materials Science") del Instituto de Tecnología de Georgia, acaban de demostrar un generador a nano escala el cual podría entregar electricidad a maquinarias microscópicas al obtenerla del medioambiente que lo rodea, el cual es construido usando una matriz de nanofilamentos de óxido de zinc, de acuerdo a Zhong Lin Wang, Profesor del School of Materials Science"Este es un gran paso hacia la energización de dispositivos a nano escala usando una tecnología económica, adaptable y portátil. Ha existido un gran interés en crear nanodispositivos pero, generalmente, no se piensa en cómo energizarlos. Nuestro nanogenerador nos permite obtener o reciclar la energía de muchas fuentes para entregársela a esos dispositivos."


Fuente: http://foros.gxzone.com/96417-cientificos_crean_un_nanogenerador.html
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Tipos de cuasiparticulas

• Los fonones, modos vibratorios en una estructura cristalina.
• Los excitones, que son la superposición de un electrón y un hueco.
• Los plasmones, conjunto de excitaciones coherentes de un plasma.
• Los polaritones son la mezcla de un fotón y otra de las cuasipartículas de ésta lista.
• Los polarones, que son cuasipartículas cargadas en movimiento que están rodeadas de iones en un material.
• Los magnones son excitaciones coherentes de los espines de los electrones en un material.

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Cuasipartícula

En la física de la materia condensada El concepto de cuasipartícula es uno de los más importantes debido a que es una de las pocas formas de simplificar el problema de los muchos cuerpos de mecánica cuántica. Este tipo particular son posibles de identificar en ciertos sistemas físicos en el cual las partículas están interactuando entre si, esta particula se puede cnsiderar como una única partícula moviéndose a través del sistema, rodeada por una nube de otras partículas que se están apartando de su camino o arrastradas por su movimiento

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle

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Autorreplicación

Es el proceso por el cual una cosa puede hacer una copia de sí misma. Las células, en ambientes adecuados, se reproducen por división celular. Un ejemplo de ello es el ADN el cual se replica y puede transmitirse a la descendencia durante la reproducción, los virus informáticos se reproducen utilizando el hardware y el software ya presentes en los ordenadores, las Memes se reproducen usando la mente humana y la cultura como su mecanismo de reproducción.
Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Self-replication

Autoensamblaje

Este fenómeno se puede ser comparado al de la formación de cristales minerales partiendo de sus átomos o iones constitutivos, el autoensamblaje es básicamente la asociación espontánea de moléculas para formar estructuras de gran tamaño, las cuales son llamadas supramoléculas, estas presentan a su vez una interacción entre las moléculas y las estructuras celulares, las estructuras se forman por un número considerable de subunidades de igual o distinta naturaleza molecular, y pueden obtenerse in vitro a partir de sus constituyentes purificados.
Aplicaciones:
En una de las aplicaciones que se le ha dado al autoensamblaje de origen natural se encuentra la fabricación chips de ordenador. En los chips de prueba en los laboratorios, los investigadores han demostrado que, al emplear esta técnica, las señales eléctricas en los chips pueden fluir un 35 por ciento más rápido, o que los chips pueden consumir un 15 por ciento menos energía comparada con los más avanzados que utilizan técnicas convencionales.

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Self-assembly



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Ángulo de contacto

Se refiere al ángulo que forma la superficie de un líquido justo en el momento que entra en contacto con un solido, el valor del ángulo depende principalmente de la relación que existe entre las fuerzas adhesivas entre el líquido y el sólido y las fuerzas cohesivas del líquido, por ejemplo si considere una gota líquida en una superficie sólida. Si el líquido se atrae demasiado fuerte a la superficie sólida provocando que la gotita se separará totalmente hacia fuera en la superficie sólida el ángulo del contacto estará cerca de 0°, pero en los sólidos menos fuertemente hidrofílicos tendrán un ángulo del contacto hasta 90°.

Fuente: http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Contact_angle

Puntos cuánticos o 'átomos artificiales'

Son nanoestructuras creadas en el laboratorio que miden millonésimas de milímetros, es decir, nanómetros, tienen una diversidad de aplicaciones en distinta áreas como las telecomunicaciones, la computación cuántica, la seguridad o la biomedicina.
Una En la escala macroscópica, los puntos cuánticos pueden tener el aspecto de una simple pastilla plana. Nadie sospecharía que esa sustancia ha sido construida en el laboratorio partiendo de unos pocos átomos, con técnicas que manipulan la materia a escalas de nanómetros. A esas dimensiones el material se convierte en una matriz sobre la que han crecido estructuras, como pirámides o montañas, esas estructuras son los puntos cuánticos. En estos puntos cuánticos los electrones están obligados a permanecer atrapados
Una utilidad de los puntos cuánticos o átomos artificiales seria la visión futurista de nanorobots que patrullan por el torrente sanguíneo sanando células cancerosas o detectando virus, además, a los puntos cuánticos, que tienen más o menos el tamaño de las proteínas, se les puede pegar anticuerpos capaces de reconocer compuestos, células o virus. Muchos investigadores planean usarlos como marcadores de células cancerosas, a las que se podría seguir a medida que se multiplican o migran.
Fuente: http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Contact_angle

Faces de la física de la materia concentrada

Modificando sus condiciones de temperatura o presión a cualquier sustancia o elemento material, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, estos estados tienen propiedades y características diferentes, y aunque los más conocidos son cuatro: fase solida, fase liquida, fase gaseosa y face plasmática.
La fase solida: calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión, se presentan como cuerpos de forma compacta.
Fase liquida: tienen la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene
Fase gaseosa: Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres de manera que tienen la capacidad de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.
Fase plasmática: Es un estado parecido al gas pero formado por electrones y cationes (iones con carga positiva), separados entre sí y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el sol.

¿Que es la física de la materia condensada?

La física de la materia condensada se ocupa de las características físicas macroscópicas de la materia. La física de la materia concentrada se refiere particularmente a las faces condensadas. Los ejemplos más comunes de la materia condensada son los sólidos y los líquidos. La Física de la Materia Condensada se considera como el campo más extenso de la física contemporánea. Como reseña histórica se puede señalar que la física de la materia condensada nació a partir de la física del estado sólido, que ahora es considerado como uno de sus subcampos principales. El término “física condensada de la materia” fue acuñado, al parecer, por Philip Anderson. El nombre física condensada se debe porque muchos de los conceptos y técnicas desarrollados para estudiar sólidos se aplican también a sistemas fluidos.


fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Condensed_matter_physics

Física de la materia condensada