Termodinámica e introducción a la termostatística es un libro de texto escrito por Herbert Callen que explica los conceptos básicos de la termodinámica clásica y analiza temas avanzados tanto en el marco clásico como en el cuántico. Cubre el tema de manera abstracta y rigurosa y contiene discusiones de aplicaciones. [1] El libro de texto contiene tres partes, cada una basada en la anterior. La primera edición se publicó en 1960 y la segunda en 1985.
Descripción general
La primera parte del libro comienza presentando el problema que la termodinámica está tratando de resolver y proporciona los postulados en los que se basa la termodinámica. Luego se desarrolla sobre esta base para discutir los procesos reversibles, los motores térmicos , los potenciales termodinámicos , las relaciones de Maxwell , la estabilidad de los sistemas termodinámicos y las transiciones de fase de primer orden . A medida que el autor establece los conceptos básicos de la termodinámica, luego pasa a discutir temas más avanzados como los fenómenos críticos y los procesos irreversibles.
La segunda parte del texto presenta los fundamentos de la mecánica estadística clásica . El concepto de entropía de Boltzmann se introduce y se utiliza para describir el modelo de Einstein , el sistema de dos estados y el modelo de polímero . Posteriormente, se discuten los diferentes conjuntos estadísticos de los que se derivan los potenciales termodinámicos . También se discuten los fluidos cuánticos y las fluctuaciones .
La última parte del texto es una breve discusión sobre la simetría y los fundamentos conceptuales de la termostatística. En el capítulo final, Callen avanza su tesis de que las simetrías de las leyes fundamentales de la física subyacen a los mismos fundamentos de la termodinámica y busca iluminar el papel crucial que juega la termodinámica en la ciencia. [2]
Callen aconseja que un curso de un semestre para estudiantes universitarios avanzados debe cubrir los primeros siete capítulos más los capítulos 15 y 16 si el tiempo lo permite. [2]
Segunda edicion
Fondo
La segunda edición ofrece una descripción descriptiva de la termodinámica de los fenómenos críticos, que progresó de manera espectacular en las décadas de 1960 y 1970. Basándose en los comentarios de estudiantes e instructores, Callen mejoró muchas explicaciones, resolvió ejemplos explícitamente y agregó muchos ejercicios, muchos de los cuales tienen respuestas completas o parciales. También proporcionó una introducción a la mecánica estadística con énfasis en los principios básicos en lugar de las aplicaciones. Sin embargo, no buscó separar completamente la termodinámica y la mecánica estadística ni subsumir la primera bajo la segunda bajo el estandarte de la "física térmica". De hecho, los cursos de física térmica a menudo enfatizan la mecánica estadística a expensas de la termodinámica, a pesar de su importancia para la industria, como sugirió una encuesta de líderes empresariales realizada por la American Physical Society en 1971. Callen observó que posteriormente se le había quitado énfasis a la termodinámica. [2]
Tabla de contenido
- Parte I: Principios generales de la termodinámica clásica
- Introducción: la naturaleza de la termodinámica y la base de la termostatística
- Capítulo 1: El problema y los postulados
- Capítulo 2: Las condiciones de equilibrio
- Capítulo 3: Algunas relaciones formales y sistemas muestrales
- Capítulo 4: Procesos reversibles y el teorema de trabajo máximo
- Capítulo 5: Formulaciones alternativas y transformaciones de Legendre
- Capítulo 6: El principio del extremo en las representaciones transformadas de Legendre
- Capítulo 7: Relaciones de Maxwell
- Capítulo 8: Estabilidad de los sistemas termodinámicos
- Capítulo 9: Transiciones de fase de primer orden
- Capítulo 10: Fenómenos críticos
- Capítulo 11: El postulado de Nernst
- Capítulo 12: Resumen de principios para sistemas generales
- Capítulo 13: Propiedades de los materiales
- Capítulo 14: Termodinámica irreversible
- Parte II: Mecánica estadística
- Capítulo 15: Mecánica estadística en la representación de la entropía
- Capítulo 16: El formalismo canónico; Mecánica estadística en la representación de Helmholtz
- Capítulo 17: Entropía y trastorno; Formulaciones canónicas generalizadas
- Capítulo 18: Fluidos cuánticos
- Capítulo 19: Fluctuaciones
- Capítulo 20: Propiedades Variacionales, Expansiones de Perturbación y Teoría de Campo Medio
- Parte III: Fundamentos
- Capítulo 21: Postludio: la simetría y los fundamentos conceptuales de la termostatística
- Apéndice A: Algunas relaciones que involucran derivadas parciales
- Apéndice B: Sistemas magnéticos
- Referencias generales
- Índice
Recepción
Robert B. Griffiths , especialista en termodinámica y mecánica estadística de la Universidad Carnegie Mellon , comentó que ambas ediciones de este libro presentan de manera clara y concisa el núcleo de la termodinámica dentro de los primeros ocho capítulos. En el momento de escribir este artículo (1987), Griffiths conocía libros que explicaban los principios de la termodinámica, pero Callen tenía la mejor presentación del material. Creía que Callen ofrecía un tratamiento pedagógico, aunque abrupto, del tema. Su libro comienza de manera abstracta, asumiendo la existencia y propiedades de la entropía y deriva las consecuencias para varios procesos de interés en lugar de a través de motores térmicos y ciclos termodinámicos o mediante la mecánica estadística y la fórmula de entropía de Boltzmann. . Sin embargo, argumentó que el tratamiento de Callen de los fenómenos críticos (Capítulo 10) contiene algunos defectos técnicos. Callen pensó que el análisis clásico se había derrumbado. Pero Griffiths escribió que el problema no radica en la ruptura de la termodinámica, sino más bien en la expansión de Taylor de las cantidades termodinámicas, y que las expresiones precisas de las funciones que aparecen en una relación fundamental deben ser determinadas por la mecánica estadística y los experimentos, no por la termodinámica. Sin embargo, Griffiths todavía creía que este libro era un excelente recurso para aprender los conceptos básicos de la termodinámica. [3]
Según LC Scott, quien estudió mecánica estadística y biofísica en la Universidad Estatal de Oklahoma , Termodinámica e Introducción a la Termostatística es un libro de texto popular que comienza con algunos postulados básicos basados en argumentos intuitivos clásicos, empíricos y macroscópicos. Descubrió que es notable que todo el edificio de la termodinámica clásica se siga de unos pocos supuestos básicos. Sin embargo, Scott prefirió la discusión de la temperatura en Calor y termodinámica de Mark W. Zemansky y Richard H. Dittman porque se basa en la termometría y obliga a los estudiantes a contemplar la base empírica del concepto de temperatura, dejando de lado la base molecular del calor . Argumentó que tal enfoque produce una mayor apreciación del significado de temperatura y su base estadística-mecánica que los estudiantes encontrarán más adelante. En contraste, el libro de Callen no menciona la temperatura hasta el Capítulo 2, donde Callen define la temperatura como el recíproco de la derivada de la entropía con respecto a la energía interna y luego muestra, usando los postulados, que esta definición es consistente con nuestra intuición. Mientras que Zemansky y Dittman cubren empíricamente la primera ley de la termodinámica , Callen simplemente asume la existencia de la función de energía interna que invoca la naturaleza conservadora de las fuerzas interatómicas. Mientras que Zemansky y Dittman trataron la segunda ley de la termodinámica usando motores térmicos y simplemente enuncian las formulaciones de Clausius y Kelvin de la misma, en el libro de Callen, la segunda ley está contenida dentro de los postulados. Scott no estaba seguro de qué enfoque es más comprensible para los estudiantes. En general, Zemansky y Dittman emplearon un enfoque empírico mientras que el de Callen es deductivo. Scott opinó que el libro de Zemansky y Dittman es más adecuado para estudiantes principiantes, mientras que el de Callen es más apropiado para un curso avanzado o como referencia. [4]
Ediciones
- Callen, Herbert B. (1960). Termodinámica: una introducción a las teorías físicas de la termostática del equilibrio y la termodinámica irreversible (1ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons. OCLC 630395039 .[5] [6]
- Callen, Herbert B. (1985). Termodinámica e Introducción a la Termostatística (2ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-86256-8. OCLC 1109708066 .
Ver también
- Lista de libros de texto en termodinámica y mecánica estadística
- Lista de libros de texto sobre mecánica clásica y mecánica cuántica
Referencias
- ^ Schroeder, Daniel V. (2000). "Lectura sugerida". Introducción a la física térmica . Addison-Wesley Longman. pag. 397. ISBN 0-201-38027-7.
- ^ a b c Callen, Herbert (1985). "Prefacio". Termodinámica e Introducción a la Termostatística . John Wiley e hijos. ISBN 0-471-86256-8.
- ^ Griffiths, Robert B. (septiembre de 1987). "Termodinámica e Introducción a la Termostatística" . Revista estadounidense de física . 55 (5): 860–1. Código bibliográfico : 1987AmJPh..55..860C . doi : 10.1119 / 1.14986 .
- ^ Scott, LC (febrero de 1998). "Termodinámica e Introducción a la Termostatística, 2ª ed". Revista estadounidense de física . 66 (2): 164–7. Código bibliográfico : 1998AmJPh..66..164C . doi : 10.1119 / 1.19071 .
- ^ Kestin, J. (1 de septiembre de 1960). Revista de Mecánica Aplicada . 27 (3): 599–600. doi : 10.1115 / 1.3644060 . ISSN 0021-8936 .CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )
- ^ Bridgman, PW (octubre de 1960). Revista estadounidense de física . 28 (7): 684. Código bibliográfico : 1960AmJPh..28..684C . doi : 10.1119 / 1.1935945 . ISSN 0002-9505 .CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )