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Estimación de Propiedades

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Una vez que se ha calculado la función distribución debemos poder estimar las propiedades termodinámicas. Para ello debemos desarrollar expresiones de como promediando sobre la función distribución sobre la velocidad que nos permitan calcularlas.

>Modelo

ID:(1113, 0)



Concentración de partículas

Ecuación

>Top, >Modelo


La concentración de partículas en una posición \vec{x} se puede obtener integrando la función de distribución f(\vec{x},\vec{v},t) sobre todas las velocidades posibles:

$c(\vec{x},t)=\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t)$

ID:(9076, 0)



Valor esperado de una magnitud

Ecuación

>Top, >Modelo


Si uno desea estimar un parámetro macroscopico debe promediar su valor microscópico ponderado con la función de distribución f(\vec{x},\vec{v},t) integrando sobre todas las velocidades y dividiendo por el numero de partículas en el volumen

$c(\vec{x},t)=\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t)$



por lo que se expresa como

$ \chi_k(\vec{x},t) =\displaystyle\frac{1}{c(\vec{x},t)}\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t) \chi_k(\vec{x},\vec{v},t)$

ID:(9075, 0)



Densidad

Ecuación

>Top, >Modelo


Si los parámetros se calculan con\\n\\n

$\chi = m c(\vec{x},t)$



y se promedia sobre la velocidad mediante

$ \chi_k(\vec{x},t) =\displaystyle\frac{1}{c(\vec{x},t)}\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t) \chi_k(\vec{x},\vec{v},t)$



se obtiene mediante la masa la estimación de la densidad mediante:

$\rho(\vec{x},t) = m\displaystyle\int f(\vec{x},\vec{v},t)d\vec{v}$

ID:(8458, 0)



Velocidad de flujo

Ecuación

>Top, >Modelo


Si los parámetros se calculan con\\n\\n

$\chi_k = v_k$



promediando sobre la velocidad mediante

$ \chi_k(\vec{x},t) =\displaystyle\frac{1}{c(\vec{x},t)}\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t) \chi_k(\vec{x},\vec{v},t)$

\\n\\ny con\\n\\n

$c(\vec{x},t)=\displaystyle\frac{1}{m}\rho(\vec{x},t)$



la velocidad del flujo se calcula integrando la función distribución de velocidad sobre todas las velocidades ponderando sobre las velocidades:

$\vec{u}(\vec{x},t) = \displaystyle\frac{m}{\rho}\int \vec{v}f(\vec{x},\vec{v},t)d\vec{v}$

ID:(8459, 0)



Temperatura

Ecuación

>Top, >Modelo


Con el teorema de equipartición en que\\n\\n

$\displaystyle\frac{1}{2}m\vec{v}\cdot\vec{v}=\displaystyle\frac{3}{2}k_B T$

\\n\\ncon el parámetro se calculan con\\n\\n

$\chi = T = \displaystyle\frac{m\vec{v}\cdot\vec{v}}{3k_B}=\displaystyle\frac{\vec{v}\cdot\vec{v}}{3R}\displaystyle\frac{c(\vec{x},t)}{\rho(\vec{x},t)}$



y se promedia promediando sobre la velocidad mediante

$ \chi_k(\vec{x},t) =\displaystyle\frac{1}{c(\vec{x},t)}\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t) \chi_k(\vec{x},\vec{v},t)$



y se considera el teorema de equipartición, la temperatura se podrá estimar integrando la energía cinética ponderada por la distribución de velocidad dividida por la constante de los gases:

$T(\vec{x},t) = \displaystyle\frac{m}{3R\rho}\displaystyle\int (\vec{v}\cdot\vec{v})f(\vec{x},\vec{v},t)d\vec{v}$

ID:(8460, 0)



Tensor de tensión

Ecuación

>Top, >Modelo


Si los parámetros se calculan con\\n\\n

$\chi = m c(\vec{x},t)(v_i-u_i)(v_j-u_j)$



y se promedia sobre la velocidad mediante

$ \chi_k(\vec{x},t) =\displaystyle\frac{1}{c(\vec{x},t)}\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t) \chi_k(\vec{x},\vec{v},t)$



el tensor del flujo se calcula integrando la función distribución de velocidad sobre todas las velocidades ponderando sobre las diferencias de velocidades:

$\sigma_{ij} = m\displaystyle\int (v_i-u_i)(v_j-u_j)f(\vec{x},\vec{v},t)d\vec{v}$

ID:(8461, 0)