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.
ID:(1113, 0)
Concentración de partículas
Ecuación
La concentración de partículas en una posición
$c(\vec{x},t)=\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t)$ |
ID:(9076, 0)
Valor esperado de una magnitud
Ecuación
Si uno desea estimar un parámetro macroscopico debe promediar su valor microscópico ponderado con la función de distribución
$c(\vec{x},t)=\displaystyle\int d\vec{v} f(\vec{x},\vec{v},t)$ |
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
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
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
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
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)