Física térmica
La física térmica es el estudio combinado de la termodinámica, la mecánica estadística y la teoría cinética. Esta asignatura paraguas suele estar destinada a los estudiantes de física y funciona como una introducción general a cada una de las tres materias principales relacionadas con el calor. Otros autores, sin embargo, definen la física térmica de forma imprecisa como una suma de sólo la termodinámica y la mecánica estadística.
Condensado de Bose-Einstein: imagen representativa de la física térmica.
Resumen
La física térmica, en términos generales, es el estudio de la naturaleza estadística de los sistemas físicos desde una perspectiva energética. Partiendo de los fundamentos del calor y la temperatura, la física térmica analiza la primera ley de la termodinámica y la segunda ley de la termodinámica desde la perspectiva estadística, en términos del número de microestados que corresponden a un determinado macroestado. Además, se estudia el concepto de entropía a través de la teoría cuántica.
Un tema central de la física térmica es la distribución de probabilidad canónica. Se estudia la naturaleza electromagnética de los fotones y los fonones, lo que demuestra que las oscilaciones de los campos electromagnéticos y de las redes cristalinas tienen mucho en común. Las ondas son la base de ambas, siempre que se incorpore la teoría cuántica.
Otros temas que se estudian en la física térmica son: el potencial químico, la naturaleza cuántica de un gas ideal, es decir, en términos de fermiones y bosones, la condensación de Bose-Einstein, la energía libre de Gibbs, la energía libre de Helmholtz, el equilibrio químico, el equilibrio de fase, el teorema de equipartición, la entropía en el cero absoluto y los procesos de transporte como el camino libre medio, la viscosidad y la conducción.
Instrumentos termodinámicos
Existen dos tipos de instrumentos termodinámicos, el medidor y el depósito. Un medidor termodinámico es cualquier dispositivo que mide cualquier parámetro de un sistema termodinámico. En algunos casos, el parámetro termodinámico se define realmente en términos de un instrumento de medida idealizado. Por ejemplo, la ley zeroth establece que si dos cuerpos están en equilibrio termodinámico con un tercer cuerpo, también están en equilibrio termodinámico entre sí. Este principio, como señaló James Maxwell en 1872, afirma que es posible medir la temperatura. Un termómetro idealizado es una muestra de un gas ideal a presión constante.
Un depósito termodinámico es un sistema que es tan grande que no altera apreciablemente sus parámetros de estado cuando se pone en contacto con el sistema de prueba.
Es importante que estos dos tipos de instrumentos sean distintos. Un medidor no realiza su tarea con precisión si se comporta como un depósito de la variable de estado que intenta medir. Si, por ejemplo, un termómetro actuara como un depósito de temperatura, alteraría la temperatura del sistema que se está midiendo y la lectura sería incorrecta. Los medidores ideales no tienen ningún efecto sobre las variables de estado del sistema que están midiendo.
