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Macroestado y microestados
En la estadística clásica las partículas de un sistema son idénticas pero indistinguibles. Esto quiere decir, que a escala macroscópica no podemos distinguir una partícula de otra, pero podemos imaginar que a escala microscópica disponemos de algún procedimiento para identificar las partículas individuales.
Es importante saber diferenciar entre macroestado y microestado. Las propiedades macroscópicas como la presión, y la temperatura está determinadas por el macroestado del sistema. Los microestados correspondientes al mismo macroestado son indistinguibles experimentalmente unos de otros.
Vamos a ayudarnos de dos applets para comprender los conceptos de macroestado y microestado y para determinar el número de microestados correspondientes a un macroestado dado.
El primer applet es demostrativo y se puede tomar como punto de partida para el segundo que es más interactivo.
Vamos a examinar los macroestados de un sistema de N=4 partículas con una energía total U=6 unidades.
En el primer macroestado, tenemos 3 partículas en el nivel fundamental de energía (0) y una partícula en el nivel (6) de energía. La energía total es, por tanto, U=3·0+1·6=6. Pulsando el botón titulado Empieza, se nos va mostrando los cuatro microestados que corresponden al macroestado dado. Estas son las permutaciones del conjunto de números {0,0,0,6}, que se muestran en la parte derecha del applet.
Pulsamos el botón titulado Siguiente, y se nos muestra el segundo macroestado, en el que tenemos dos partículas en el nivel fundamental (0), una partícula en el nivel (1), y una partícula en el nivel (5). La energía total es, por tanto, U=2·0+1·1+1·5=6. Pulsando el botón titulado Empieza se nos muestra los 12 microestados correspondiente al macroestado dado. Estas son las permutaciones de {0,0,1,5}, que se muestran en la parte derecha del applet.
Pulsando varias veces el botón Siguiente, llegamos al macroestado que tiene el mayor número de microestados. La primera partícula está en el nivel fundamental (0), la segunda en el nivel (1), la tercera en el nivel (2), la cuarta en el nivel (3). La energía total es U=1·0+1·1+1·2+1·3=6. El número de microestados son las permutaciones del conjunto de números {0,1,2,3}, que se muestran en la parte derecha del applet.
El segundo applet es similar al anterior pero además le permite al usuario definir el sistema. Por tanto, consta de dos partes:
Definición del sistema.
Primero, se elige el número de partículas del sistema, 3, 4 ó 5 en el control de selección desplegable y se pulsa el botón titulado Nuevo.
Se define el macroestado del sistema
Se arrastra con el ratón las partículas de color negro situada en la parte derecha del applet a alguna de las 50 posiciones posibles marcadas por puntos de color rojo. No se pueden poner dos partículas en la misma posición, pero si en el mismo nivel.
El programa calcula la energía total U, en la parte superior derecha del applet. Se aconseja distribuir las partículas entre los distintos niveles de modo que la energía total U sea la misma en todos los casos.
Cuando se han colocado todas las partículas en los niveles de energía accesibles, se pulsa el botón titulado Empieza. El programa calcula y muestra todos los microestados correspondientes a un macroestado dad
Explicación: