Estado fsico Este artculo trata principalmente sobre estado fsico como abstraccin dentro de una teora dinmica de la evolucin de los sistemas fsicos, como latermodinmica, la mecnica clsica o la mecnica cuntica. Para otra acepcin ver: condicin fsica

Un estado fsico es cada una de las situaciones o formas fsicamente distinguibles mediante la medicin de alguna(s) propiedad(es) que puede adoptar un sistema fsico en su evolucin temporal. Es decir, en un sistema fsico que est sufriendo cambios, un estado fsico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de dichos cambios.

ndice

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1 Estado fsico en diferentes teoras fsicas

2 Estado fsico en mecnica clsica

3 Estado fsico en mecnica cuntica

o 3.1 Mecnica cuntica relativista

4 Estado fsico en termodinmica

Estado fsico en diferentes teoras fsicas[editar]

La definicin anterior es muy abstracta, y toma sentidos ligeramente diferentes, segn la teora fsica de que se trate, por eso merece explicar el trmino ms concretamente en cada contexto donde aparece. En particular el trmino aparece en los siguientes contextos de la fsica:

1. Estado es usado a veces como un sinnimo de estado de la materia.

2. En mecnica clsica el microestado de un sistema (o un cuerpo) se refiere al

conjunto de variables medibles relevantes para especificar completamente su

evolucin temporal futura.

3. En termodinmica, el estado termodinmico o ms concretamente el macroestado de

equilibrio de un sistema se refiere a una situacin descriptiva del sistema,

caracterizada por una combinacin de propiedades fsicas, por ejemplo, temperatura,

presin, volumen (que especifica completamente las otras propiedades

macroscpicas del sistema).

4. En el estudio de los sistemas dinmicos, un sistema fsico que evoluciona con el

tiempo se modeliza mediante una ecuacin diferencial (o conjunto de ellas), en este

contexto se denomina estado al vector de variables incgnita que interviene en esa

ecuacin (en ciertos casos, esto coincide con el concepto de estado fsico en el

sentido termodinmico, en otros es un concepto ms abstracto).

5. En mecnica cuntica, el estado se refiere a un objeto matemtico que resume la

informacin maximal obtenible del sistema, usualmente este estado viene

representado por un vector en un espacio de Hilbert abstracto (tcnicamente una

clase de equivalencia de vectores del espacio de Hilbert que difieren en una "fase" o

nmero complejo de mdulo unidad).

Estado fsico en mecnica clsica[editar]

En mecnica clsica el estado de movimiento de una partcula queda determinado por la posicin y velocidad. Eso determina a su vez su energa potencial y su energa cintica. Adems conocida la posicin y velocidad (vector tangente a la trayectoria) en la posicin inicial, el teorema fundamental de curvas implica que la trayectoria ser 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 partcula es especificar el par (x, v) (posicin, velocidad) o el par (x, p) (posicin, cantidad de movimiento). De hecho la posicin x es generalmente un punto de o bien un punto del llamado espacio de configuracin (para cuando se usan coordenadas no cartesianas), la velocidad es siempre un vector del espacio tangente al espacio de configuracin (que como caso particular puede ser ). As pues como espacio de estados, se seleccionada el fibrado tangente del espacio de configuracin que es lo que conocemos como espacio fsico.

Para slidos rgidos puesto que tienen un nmero finito de grados de libertad podemos construir igualmente un espacio de configuracin formado por coordenadas que definan la posicin de un cierto punto (como el centro de masa), coordenadas que definan la orientacin. El fibrado tangente del anterior vuelve a ser un espacio fsico adecuado para representar todos los estados de movimiento del slido rgido.

Estado fsico en mecnica cuntica[editar]

En mecnica cuntica no-relativista, el estado fsico de una partcula comnmente queda especificado por el valor de un conjunto maximal del observablescompatibles (CCOC). Estos observables se modelizan como operadores autoadjuntos definidos sobre un espacio de Hilbert complejo y separable. El valor medio de una magnitud fsica 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 fsico de una partcula cuntica es una clase de equivalencia de vectores unitarios formada por vectores que difieren en un factor de la forma e

i.

Mecnica cuntica relativista[editar]

En mecnica cuntica relativista los estados suelen referirse a los estados posibles

del espacio-tiempo. As el estado del espacio-tiempo viene dado por el nmero de partculas de cada tipo presentes y los valores de ciertas magnitudes asociadas. A cada tipo de partculas se le asocia un campo material uobservable a partir del cual se definen los operadores de creacin y destruccin y el operador nmero de partculas para cada tipo de partcula que pueda existir en el sistema fsico.

Estado fsico en termodinmica[editar]

Un sistema termodinmico que en equilibrio queda caracterizado por un nmero finito n de variables de estado se dice que es un sistema termodinmico conn 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.