Necesita explicar el equilibrio termodinámico? simúlelo!

Abstract

La descripción dinámica de sistemas físicos compuestos por una gran cantidad de partículas seria prácticamente imposible de no existir la Mecánica Estadística y en especial, el papel que juegan los promedios de las variables dinámicas en cada caso. Cuando el sistema físico bajo consideración logra una situación de equilibrio, la denominada función de distribución de Boltzmann representa clásicamente en promedio, una imagen bien precisa del comportamiento de las partículas dentro del sistema. Más aun, una vez en equilibrio, salvo fluctuaciones de rara ocurrencia, la distribución de las partículas respecto a las variables dinámicas (energía, velocidad etc.) no cambia. Sin embargo, como evoluciona un sistema físico para adquirir tal estado de equilibrio termodinámico? La respuesta dependerá del tipo de interacciones presentes en cada caso concreto. De todas maneras, es posible simular la evolución, con base en modelos que tengan en cuenta las características fundamentales de las interacciones de las partículas dentro del sistema. El ánimo de la presente comunicación es mostrar como empleando una rutina numérica simple, (que puede ser implementada en una calculadora programable), se simula la evolución de un sistema físico hacia un estado de equilibrio termodinámico, cuando el estado inicial del sistema se prepara arbitrariamente, permitiéndose que se den intercambios elásticos de energía entre pares de partículas en el sistema de una manera total mente al azar.