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Termodinámica y Mecánica Estadística

Código: 100157
Créditos: 9
2026/2027
Titulación Tipo Curso
Física OB 3

Profesor/a de contacto

Nombre :
Vicenç Mendez Lopez
Correo electrónico :
vicenc.mendez@uab.cat

Idiomas de los grupos

Puede consultar esta información al final del documento.

Prerrequisitos

Es preferible algun curso básico de termodinámica

Objetivos

1. Saber distinguir un sistema termodinámico del que no lo es

2. Identificar el sistema y el medio

3. Diferenciar entre variables de estado o de proceso

4. Saber interpretar los diferentes tipos de procesos termodinámicos

5. Entender el concepto de límite termodinámico

6. Deducir la función de partición de un sistema y a partir de ella las ecuaciones de estado

7. Aplicar el teorema de equipartición de l'energía

8. Diferenciar entre procesos reversibles e irreversibles

9. Cambiar de representación en la ecuación fundamental de un sistema

10. Entender el concepto microscópico de presión de un gas

11. Interpretar los criterios de estabilidad termodinámica y relacionalos con la aparición de transiciones de fase

12. Analizar les transicions de fase de primer ordre. Entendre la teoria de Landau para las transiciones de fase de primer y segundo orden

13. Construir el model de Ising. Aplicar la aroximación de campo medio, interacción entre primeros vecinos y el método de la matriz de transferencia

14. Distinguir entre gas real e ideal. Relacionar el potencial de interacción intermolecular con el desarrollo del virial

15. Comprender los procesos de liquefacción de gases

16. Interpretar la radiació electromagnética en equilibrio como un gas de bosones en el marco de las estadísitcas cuánticas y deducir las ecuaciones de estado

17. utilizar la colectividad macrocanónica para estudiar las fluctuaciones del número de partículas y el equlibrio entre fases

 

Resultados de aprendizaje

  1. Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
  2. Transmitir, de forma oral y escrita, conceptos físicos de cierta complejidad haciéndolos, no obstante, comprensibles en entornos no especializados.
  3. Diferenciar los dominios de actuación de la Termodinámica y de la Mecánica Estadística.
  4. Establecer las variables termodinámicas que describen los estados de equilibrio para diferentes sistemas y plantear la correspondiente ecuación de Gibbs.
  5. Relacionar los criterios de estabilidad con los principios de la termodinámica y verificar la estabilidad de un sistema termodinámico.
  6. Describir la información contenida en las diferentes ecuaciones de estado de un sistema.
  7. Describir las propiedades que diferencian el comportamiento real del ideal en un gas.
  8. Describir la información física contenida en los coeficientes del virial.
  9. Interpretar físicamente las derivadas parciales de las diferentes magnitudes termodinámicas.
  10. Precisar la necesidad de una descripción estadística clásica o cuántica para un gas ideal.
  11. Analizar los límites a baja y alta temperatura de cualquier sistema.
  12. Analizar la información contenida en los diferentes diagramas de fases en equilibrio.
  13. Calcular el número de microestados para sistemas clásicos y discretos.
  14. Calcular la función de partición de un sistema en cualquier colectivo.
  15. Deducir las ecuaciones de estado de un sistema a partir de la función de partición.
  16. Deducir la ecuación fundamental en diferentes representaciones.
  17. Calcular el segundo coeficiente del virial a partir del potencial de interacción.
  18. Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l`àmbit de coneixement propi.

Contenidos


1. Estructura formal de la Termodinámica

1.0. Repaso de las leyes de la Termodinámica
1.1. La ecuación fundamental
1.2. Forma de Euler de la energía interna. Ecuación de Gibbs-Duhem
1.3. Transformadas de Legendre. Potenciales termodinámicos
1.4. Relaciones de Maxwell para un fluido
1.5. Condiciones de estabilidad

2. Descripción microscópica de los sistemas macroscópicos

2.1. Microestats y Macroestats. Espacio de fases
2.2. Colectividades
2.3. Colectividad microcanónica

2.4 Equilibrio térmico. Conexión Termodinámica-Mecánica Estadística
2.5. Aplicación al gas ideal monoatómico
2.6. Distribución de Maxwell-Boltzmann
2.7. Presión
2.8. Efusión
2.9. Entropía de Gibbs-Shannon y entropía de Boltzmann

3. Colectividad Canónica

3.1. Función de partición. Degeneración de la energía
3.2. Teorema de equipartición de la energía. Aplicaciones y limitaciones
3.3. Sistemas con distribuciones discretas de energía. Límite continuo
 

4. Sistemas magnéticos

4.1. Termodinámica y mecánica estadística de sistemas magnéticos
4.2. Paramagnetismo clásico
4.3. Paramagnetismo de spin 1/2. Tratamientos microcanónica y canónico
4.4. Desimanación adiabática


5. Transiciones de fase

5.1. Clasificación. Diagramas P- V, P - μ y P - T. Ecuación de Clapeyron
5.2. Equilibrio vapor-fase condensada
5.3. El punto crítico
5.4. Modelo de Ising. Aproximación de campo medio. Matriz detransferència.


6. Gases reales

6.1. Factor de compresibilidad. Desarrollos del virial
6.2. Potencial de interacción. Función de partición configuracional
6.3. Segundo coeficiente del virial. Ecuación de Van der Waals
6.4. Ley de estados correspondientes
6.5. Expansiones de Joule y Joule-Kelvin

 

7. Fotones

7.1. Estadística de bosones y fermiones

7.2 Densidad de energía. Degeneración de estados
7.3. Distribución de Planck
7.4. Ecuaciones de estado de la radiación o de un gas de fotones en equilibrio

 

8. Colectividad macrocanònica

8.1. Función de partición
8.2. Conexión con la termodinámica

 


 

Actividades formativas y Metodología

Título Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Estudio de la asignatura 136 5,44 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Clases presenciales 45 1,8 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Entrega de problemas resultos en clase 5 0,2 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
Clases de problemas 25 1 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17


  • Actividades presenciales

Clases magistrales

Las clases magistrales correrán a cargo del profesor de teoría, quien presentará los conceptos, los avances y los principios básicos de la asignatura.

Clases de problemas

El profesor resolverá en clase algunos de los problemas de la recopilación, que los alumnos habrán tenido que intentar resolver previamente. También se recurrirá al trabajo en grupo y a otros métodos de debate.

Clases de tutorización

Si la enseñanza es semipresencial, se impartirán clases para aclarar las dudas teóricas y resolver los problemas relacionados con los temas que los alumnos hayan estudiado en línea.


  • Actividades autónomas

Estudio

Hemos calculado que el alumno debería dedicar dos horas de estudio por cada hora de clase.



  • Actividades supervisadas

Problemas resueltos en clase

Se harán hasta cinco sesiones de una hora de duración durante el horario de las clases de resolución de problemas, en las que los alumnos resolverán un problema que se les planteará y que será evaluado.



ENCUESTAS


Se reservarán 15 minutos al final de la clase para completar las encuestas de la institución cuando sea necesario.

Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.

Evaluación

Actividades de evaluación continuada

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Examen primer parcial 37,5% 3 0,12 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 16
Examen segundo parcial 37,5% 3 0,12 7, 8, 11, 12, 17
Entregas de problemas resueltos en clase 25% 5 0,2 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
Examen de repesca 75% 3 0,12 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17

Exámenes parciales y/ o final (recuperación)

Se harán dos parciales. En el primer parcial se evaluará la primera mitad del curso, mientras que en el segundo el resto. En el caso de la media de los parciales, sea 4 inferior el alumno deberá de presentarse al examen final para recuperar esta parte evaluable. No se podrá presentar al examen final si previamente no se ha presentado a los dos parciales.



Recuperación de los exámenes

Se podrán presentar al examen final / recuperación aquellos alumnos que tengan una nota media de parciales inferior a 4 o bien los alumnos que hayan superado los exámenes parciales y quieran subir nota. En este caso, quedará la mayor de las calificaciones obtenidas (media de parciales o repesca)


Entrega de los ejercicios resueltos en clase

Los cinco ejercicios resueltos en clase que se entreguen serán evaluados y formarán parte de la nota final de la asignatura. Este componente evaluado no se puede recuperar.



Calificación final

La nota final de la asignatura es el cálculo de los porcentajes específicos siempre y cuando el alumno haya superado los exámenes parciales o final. La nota final será el 75% de los exámenes finales /media de parciales más el 25% de los problemas entregados si la nota del examen final es igual o superior a 4. En caso contrario el alumno está suspendido.



No presentado

Se considerará NO PRESENTADO cuando el alumno no se presenta a ningún examen o bien se presenta solo a uno de los dos parciales y no al final. En los otros casos se considerará como presentado, es decir: si se ha presentado a los dos parciales, si se ha presentado solo al final o si se ha presentado a alguno de los parciales i al final


Evaluación única

Los estudiantes que hayan optado por la modalidad de evaluación única deberán realizar un examen final que consistirá en una prueba basada en problemas. Una vez finalizada la prueba, deberán entregar los problemas asignados por el profesor. Estas pruebas se celebrarán el mismo día, a la misma hora y en el mismo lugar que los segundos exámenes parciales de la modalidad de evaluación continua. Estas pruebas se llevarán a cabo en el mismo día, hora y lugar que las pruebas del segundo parcial de la modalidad de evaluación continua.


Uso de la IA

En este módulo, no se permite el uso de tecnologías de Inteligencia Artificial (IA) en ninguna de sus fases. Cualquier actividad evaluada que incluya pasajes generados por IA se considerará un acto de falta de honestidad académica y podrá dar lugar a una penalización parcial o total de la nota de la actividad, o a sanciones más severas en los casos más graves.


Irregularidades en las evaluaciones

La comisión de cualquier irregularidad en una evaluación (fraude académico, plagio o uso indebido de la IA), que pueda dar lugar a un cambio significativo en la nota, dará lugar a que la evaluación se califique con un 0. En caso de que se produzcan varias irregularidades en los ejercicios de evaluación de un mismo módulo, la nota final de dicho módulo será de 0. Además, se podrá iniciar un procedimiento disciplinario contra el estudiante que cometa cualquiera de estas irregularidades.c



Bibliografía

Bibliografía moderna

  • Robert H Swendsen, An Introduction to Statistical Mechanics and Thermodynamics (Oxford Univ. Press, 2012)
  • S. K. Roy, Thermal Physics And Statistical Mechanics (New Age International Publishers, 2001)
  • K. Huang, Introduction to Statistical Physics, CRC, 2001
  • D. V. Schroeder, An Introduction to Thermal Physics, Addison Wesley, 2000
  • S. J. Blundell and K. M. Blundell, Concepts in Thermal Physics, Oxford UP, 2006
  • M. Criado-Sancho y J. Casas-Vázquez, Termodinámica química y de los procesos irreversibles, Pearson/Addison Wesley, Madrid, segona edició, 2004.
  • Yi-Chen Cheng, Macroscopic and Statistical Thermodynamics (World Scientific, 2006)

 

Bibliografía clásica

  • J. J. Brey, J. de la Rubia, J. de la Rubia, Mecánica Estadística, UNED, 2001
  • R. Kubo, Thermodynamics, North Holland, Amsterdam, 1968.
  • F. Reif, Fundamentals of Statistical Physics and Thermal Physics, McGraw-Hill, 1985
  • D. A. McQuarrie, Statistical Mechanics, Harper Collins, 1976
  • M.W. Zemansky y R.H. Dittman, Calor y Termodinámica, McGraw-Hill, Madrid, 1990. 
  • C.J. Adkins, Termodinámica del equilibrio, Reverté, Barcelona, 1977.
  • P.W. Atkins, La Segunda ley, Prensa científica, Barcelona 1992.

Software

A lo largo del segundo cuadrimestre se utilizará el lenguaje Python para los trabajos de simulación

Grupos e idiomas de la asignatura

La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura

Tipo de docencia Grupo Idioma Semestre Turno
(TE) Teoría 1 Catalán anual manaña-mixto
(PAUL) Prácticas de aula 1 Catalán anual manaña-mixto
(TE) Teoría 2 Catalán anual manaña-mixto
(PAUL) Prácticas de aula 2 Catalán anual manaña-mixto