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Estado físico

Un estado físico es cada una de las situaciones o formas físicamente distinguibles mediante la medición de alguna(s) propiedad(es) que puede adoptar un sistema físico en su evolución temporal. Es decir, en un sistema físico que está sufriendo cambios, un estado físico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de estos cambios.

Estado físico en diferentes teorías físicas

La definición anterior es muy abstracta, y toma sentidos ligeramente diferentes, según la teoría física de que se trate, por eso merece explicar el término más concretamente en cada contexto donde aparece. En particular el término aparece en los siguientes contextos de la física:

  1. Estado es usado a veces como un sinónimo de estado de la materia.
  2. En mecánica clásica el microestado de un sistema (o un cuerpo) se refiere al conjunto de variables medibles relevantes para especificar completamente su evolución temporal futura.
  3. En termodinámica, el estado termodinámico o más concretamente el macroestado de equilibrio de un sistema se refiere a una situación descriptiva del sistema, caracterizada por una combinación de propiedades físicas, por ejemplo, temperatura, presión, volumen (que especifica completamente las otras propiedades macroscópicas del sistema).
  4. En el estudio de los sistemas dinámicos, un sistema físico que evoluciona con el tiempo se modeliza mediante una ecuación diferencial (o conjunto de ellas), en este contexto se denomina estado al vector de variables incógnita que interviene en esa ecuación (en ciertos casos, esto coincide con el concepto de estado físico en el sentido termodinámico, en otros es un concepto más abstracto).
  5. En mecánica cuántica, el estado se refiere a un objeto matemático que resume la información maximal obtenible del sistema, usualmente este estado viene representado por un vector en un espacio de Hilbert abstracto (técnicamente una clase de equivalencia de vectores del espacio de Hilbert que difieren en una "fase" o número complejo de módulo unidad).

Estado físico en mecánica clásica

En mecánica clásica el estado de movimiento de una partícula queda determinado por la posición y velocidad. Eso determina a su vez su energía potencial y su energía cinética. Además conocida la posición y velocidad (vector tangente a la trayectoria) en la posición inicial, el teorema fundamental de curvas implica que la trayectoria será totalmente conocida si especificamos las fuerzas implicadas para todo instante futuro.

Debido a lo anterior, una manera conveniente de representar el conjunto del estados posibles de una partícula es especificar el par (x, v) (posición, velocidad) o el par (x, p) (posición, cantidad de movimiento). De hecho la posición x es generalmente un punto de ℝ³ o bien un punto del llamado espacio de configuración (para cuando se usan coordenadas no cartesianas), la velocidad es siempre un vector del espacio tangente al espacio de configuración (que como caso particular puede ser ℝ³). Así pues como espacio de estados, se seleccionada el fibrado tangente del espacio de configuración que es lo que conocemos como espacio fásico.

Para sólidos rígidos puesto que tienen un número finito de grados de libertad podemos construir igualmente un espacio de configuración formado por coordenadas que definan la posición de un cierto punto (como el centro de masa), coordenadas que definan la orientación. El fibrado tangente del anterior vuelve a ser un espacio fásico adecuado para representar todos los estados de movimiento del sólido rígido.

Estado físico en mecánica cuántica

En mecánica cuántica no-relativista, el estado físico de una partícula comúnmente queda especificado por el valor de un conjunto maximal del observables compatibles (CCOC). Estos observables se modelizan como operadores autoadjuntos definidos sobre un espacio de Hilbert complejo y separable. El valor medio de una magnitud física A, obtenible a partir de productos escalares en el espacio de Hilbert del tipo:

 


Donde   es un vector unitario del espacio de Hilbert. Puesto que la medida anterior no cambia si representamos el vector de estado por  , puesto que:

 


El estado físico de una partícula cuántica es una clase de equivalencia de vectores unitarios formada por vectores que difieren en un factor de la forma e.

Mecánica cuántica relativista

En mecánica cuántica relativista los estados suelen referirse a los estados posibles del espacio-tiempo. Así el estado del espacio-tiempo viene dado por el número de partículas de cada tipo presentes y los valores de ciertas magnitudes asociadas. A cada tipo de partículas se le asocia un campo material u observable a partir del cual se definen los operadores de creación y destrucción y el operador número de partículas para cada tipo de partícula que pueda existir en el sistema físico.

Estado físico en termodinámica

Un sistema termodinámico que en equilibrio queda caracterizado por un número finito n de variables de estado se dice que es un sistema termodinámico con n de grados de libertad. El estado del sistema viene dado por un (X1, X2, ..., Xn) de las cuales al menos una de ellas es una magnitud extensiva.

Referencias

Bibliografía

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  •   Datos: Q1171414

estado, físico, para, otros, usos, este, término, véase, condición, física, estado, físico, cada, situaciones, formas, físicamente, distinguibles, mediante, medición, alguna, propiedad, puede, adoptar, sistema, físico, evolución, temporal, decir, sistema, físi. Para otros usos de este termino vease Condicion fisica Un estado fisico es cada una de las situaciones o formas fisicamente distinguibles mediante la medicion de alguna s propiedad es que puede adoptar un sistema fisico en su evolucion temporal Es decir en un sistema fisico que esta sufriendo cambios un estado fisico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de estos cambios Indice 1 Estado fisico en diferentes teorias fisicas 2 Estado fisico en mecanica clasica 3 Estado fisico en mecanica cuantica 3 1 Mecanica cuantica relativista 4 Estado fisico en termodinamica 5 Referencias 5 1 BibliografiaEstado fisico en diferentes teorias fisicas EditarLa definicion anterior es muy abstracta y toma sentidos ligeramente diferentes segun la teoria fisica de que se trate por eso merece explicar el termino mas concretamente en cada contexto donde aparece En particular el termino aparece en los siguientes contextos de la fisica Estado es usado a veces como un sinonimo de estado de la materia En mecanica clasica el microestado de un sistema o un cuerpo se refiere al conjunto de variables medibles relevantes para especificar completamente su evolucion temporal futura En termodinamica el estado termodinamico o mas concretamente el macroestado de equilibrio de un sistema se refiere a una situacion descriptiva del sistema caracterizada por una combinacion de propiedades fisicas por ejemplo temperatura presion volumen que especifica completamente las otras propiedades macroscopicas del sistema En el estudio de los sistemas dinamicos un sistema fisico que evoluciona con el tiempo se modeliza mediante una ecuacion diferencial o conjunto de ellas en este contexto se denomina estado al vector de variables incognita que interviene en esa ecuacion en ciertos casos esto coincide con el concepto de estado fisico en el sentido termodinamico en otros es un concepto mas abstracto En mecanica cuantica el estado se refiere a un objeto matematico que resume la informacion maximal obtenible del sistema usualmente este estado viene representado por un vector en un espacio de Hilbert abstracto tecnicamente una clase de equivalencia de vectores del espacio de Hilbert que difieren en una fase o numero complejo de modulo unidad Estado fisico en mecanica clasica EditarEn mecanica clasica el estado de movimiento de una particula queda determinado por la posicion y velocidad Eso determina a su vez su energia potencial y su energia cinetica Ademas conocida la posicion y velocidad vector tangente a la trayectoria en la posicion inicial el teorema fundamental de curvas implica que la trayectoria sera totalmente conocida si especificamos las fuerzas implicadas para todo instante futuro Debido a lo anterior una manera conveniente de representar el conjunto del estados posibles de una particula es especificar el par x v posicion velocidad o el par x p posicion cantidad de movimiento De hecho la posicion x es generalmente un punto de ℝ o bien un punto del llamado espacio de configuracion para cuando se usan coordenadas no cartesianas la velocidad es siempre un vector del espacio tangente al espacio de configuracion que como caso particular puede ser ℝ Asi pues como espacio de estados se seleccionada el fibrado tangente del espacio de configuracion que es lo que conocemos como espacio fasico Para solidos rigidos puesto que tienen un numero finito de grados de libertad podemos construir igualmente un espacio de configuracion formado por coordenadas que definan la posicion de un cierto punto como el centro de masa coordenadas que definan la orientacion El fibrado tangente del anterior vuelve a ser un espacio fasico adecuado para representar todos los estados de movimiento del solido rigido Estado fisico en mecanica cuantica EditarEn mecanica cuantica no relativista el estado fisico de una particula comunmente queda especificado por el valor de un conjunto maximal del observables compatibles CCOC Estos observables se modelizan como operadores autoadjuntos definidos sobre un espacio de Hilbert complejo y separable El valor medio de una magnitud fisica A obtenible a partir de productos escalares en el espacio de Hilbert del tipo ps A ps ps A ps displaystyle left langle psi right left A left psi right rangle right left langle psi right A left psi right rangle Donde ps displaystyle left psi right rangle es un vector unitario del espacio de Hilbert Puesto que la medida anterior no cambia si representamos el vector de estado por e i 8 ps displaystyle e i theta left psi right rangle puesto que e i 8 ps A e i 8 ps e i 8 e i 8 ps A ps ps A ps displaystyle left langle e i theta psi right A left e i theta psi right rangle e i theta cdot e i theta left langle psi right A left psi right rangle left langle psi right A left psi right rangle El estado fisico de una particula cuantica es una clase de equivalencia de vectores unitarios formada por vectores que difieren en un factor de la forma ei8 Mecanica cuantica relativista Editar En mecanica cuantica relativista los estados suelen referirse a los estados posibles del espacio tiempo Asi el estado del espacio tiempo viene dado por el numero de particulas de cada tipo presentes y los valores de ciertas magnitudes asociadas A cada tipo de particulas se le asocia un campo material u observable a partir del cual se definen los operadores de creacion y destruccion y el operador numero de particulas para cada tipo de particula que pueda existir en el sistema fisico Estado fisico en termodinamica EditarUn sistema termodinamico que en equilibrio queda caracterizado por un numero finito n de variables de estado se dice que es un sistema termodinamico con n de grados de libertad El estado del sistema viene dado por un X1 X2 Xn de las cuales al menos una de ellas es una magnitud extensiva Referencias EditarBibliografia Editar Henri Bourles 2010 John Wiley amp Sons ed Linear Systems en ingles p 544 ISBN 1848211627 Henri Bourles Michel Fliess 1997 Finite poles and zeros of linear systems an 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