Programa de la materia

I. Los principios de la termodinámica

1) Repaso de Termodinámica

Fuentes: Apuntes de la materia

Landsberg, capítulos 1, 2 y 3

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas del Dalvit, capítulo 2

2) La Segunda ley sin máquinas térmicas: el enunciado de Carathéodory

Fuentes: Apuntes de la materia

Landsberg, capítulos 4, 5 y 6

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas del Landsberg.

Leer y comentar: E. Lieb y J. Yngvason, Phys. Rep. 310, 1 (1999), partes 1 y 2

3) Aplicaciones: la termodinámica del gas ideal. Equilibrio de reacciones químicas.

Fuentes: Apuntes de la materia

Landsberg, capítulos 7 y 8

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas del Landsberg.

Bibliografía suplementaria: L. Landau y E. M. Lifshitz, capítulos 1 y 2

II. Termodinámica y Teoría de la Información.

1) Repaso de Probabilidad. El Teorema del Límite Central.

Fuentes: van Kampen, capítulos 1 a 3

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas del van Kampen.

2) Teoría cinética elemental y entropía de Boltzmann

Fuentes: Apuntes de la materia

R. Feynman, capítulos 39 y 40.

Propuesta de tema especial: la ecuación de Boltzmann, fuente: Calzetta y Hu, capítulo 2, secciones 2.3, 2.3.1, 2.3.2 y 2.3.3

3) Entropía y teoría de la Información

Fuentes: Apuntes de la materia

Jaynes, capítulo 11

Propuestas de tema especial: Sistemas dinámicos y entropía de Kolmogorov.

Agujeros negros y entropía de Hawking

Entropía de Tsallis

4) El principio de Landauer

Fuentes: Apuntes de la materia

Leff y Rex

Propuesta de tema especial: comparar los límites impuestos por el Principio de Landauer con estimaciones realistas de la disipación de calor en computadoras.

III. Fluctuaciones Termodinámicas

1) La fórmula de Einstein. Equilibrio microcanónico, canónico y gran-canónico

Fuentes: Apuntes de la materia

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas 3.1 a 3.8 del Dalvit.

2) Fluctuaciones termodinámicas. Teorema de equipartición

Fuentes: Landau y Lifshitz, capítulo 12, secciones 110 a 116

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas del Landau - Lifshitz.

3) El principio de balance detallado.

Fuente: de Groot y Mazur, capítulo 7

4) Velocidad de reacción. Regulación enzimática de reacciones químicas.

Fuente: Nelson, capítulo 10.

Propuesta de tema especial: aplicación del principio de balance detallado a la radiación de cuerpo negro.

IV.Termodinámica fuera de equilibrio

1) Teoría elemental del movimiento browniano.

Fuente: S. Chandrasekhar, Rev. Mod. Phys. 15, 1 (1943)

2) Ecuación de Langevin.

Fuente: Calzetta - Hu, capítulo 2, sección 1

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas 6.1 a 6.9 del Dalvit.

3) El Principio de Curie, las relaciones de Onsager y el Teorema de Fluctuación-Disipación.

Fuente: Landau y Lifshitz, capítulo 12, secciones 119 a 124.

Propuesta de tema especial: la teoría de Einstein del movimiento browniano y el número de Avogadro.

4) Ejemplos de sistemas lineales en física. Otros tipos de ruido en sistemas físicos.

Fuentes: de Groot y Mazur, Gershenfeld.

Propuesta de tema especial: fluctuaciones en la ecuación de Boltzmann, fuente: Calzetta y Hu, capítulo 2, sección 2.3.4.

V. Activación térmica y transiciones de fase

1) Las ecuaciones de Fokker-Planck y Kramers.

Fuente: Calzetta - Hu, capítulo 2, sección 2.

Propuesta de tema especial: resolver y explicar en clase los problemas 6.10 a 6.15 del Dalvit.

2) Activación térmica. Ejemplos

Fuente: H. Kramers, Physica 7, 284 (1940).

Propuesta de tema especial: Transiciones de fase por nucleación.

VI. Relaciones de trabajo.

1) Relaciones de trabajo: el Teorema de Crooks

2) La identidad de Jarzinsky. El teorema de fluctuación- disipación.

3) El teorema de Crooks en sistemas con dinámica tipo Langevin

4) Verificación experimental del teorema de Crooks

Fuentes: Evans y Morriss, Ritort, Kurchan

VII. El Demonio de Maxwell

1) Maxwell, Szilard y Bennett

Fuente: Leff y Rex

Propuesta de tema especial: propuestas viables de construcción de un demonio de Maxwell.

2) Termodinámica de la computación

Fuente: R. Feynman, Feynman Lectures on Computation, capítulo 5

VIII. Motores Brownianos

1) Motores brownianos y moleculares

Propuesta de tema especial: Feynman's ratchet and pawl, en Feynman, capítulo 46

2) Motores moleculares vs motores macroscópicos

3) Ejemplos de motores moleculares en biofísica

4) Motores moleculares y relaciones de trabajo.

Fuentes: Nelson, Howard