Termodinámica : Notas de clase

Es este un libro sobre Termodinámica destinado a los estudiantes de la Licenciatura en Física y otras carreras afines en esta Universidad. Durante mi desempeño como profesor he tenido oportunidad de dictar numerosos cursos de Termodinámica y varios de Mecánica Estadística -base microscópica de la termodinámica- para las licenciaturas en Física y en Astronomía. A partir de mis notas de clase he ido elaborando los capítulos que constituyen el libro, tratando de resumir en ellos lo esencial de cada clase. En el breve texto presente se pretende integrar los conocimientos sobre termodinámica previamente adquiridos, en una formulación basada en postulados que se constituye en una teoría general de la materia y la energía. En el desarrollo lógico posterior a partir de los postulados, encuentran su lugar las diversas variables macroscópicas conocidas de la física general. Analizados los criterios de estabilidad se introducen las transiciones de fase asociadas a la violación de dichos criterios e ilustradas con una rica fenomenología en diversos campos. Luego se discuten los fenómenos críticos concluyendo en la necesidad de un postulado adicional: la hipótesis de escala. En los cursos habituales se aborda finalmente el dominio de la termodinámica fuera de equilibrio y las transiciones de fase disipativas tendiendo un puente hacia el estudio de los sistemas biológicos y otros sistemas complejos. Estos temas han quedado fuera del presente texto y tal vez sean objeto de una próxima obra. El objetivo principal de este libro es cubrir adecuadamente los contenidos de una materia fundamental para cualquier licenciado en física y otras disciplinas afines. Con ello pretende dotar a los estudiantes de una herramienta universal sencilla para encarar el estudio de cualquier sistema macroscópico, sus propiedades de equilibrio y la posible existencia de diversas transiciones de fase. Como objetivos específicos, se pueden mencionar: - ofrecer una versión unificada de las propiedades macroscópicas aprendidas en física general; - brindar un método deductivo sencillo para predecir el comportamiento de sistemas macroscópicos; - capacitar para el análisis de muy diversas transiciones de fase posibles y reconocer la universalidad de algunos comportamientos.Facultad de Ciencias Exacta

Optimal configuration for programmable Mössbauer experiments

Based on channel independency of recently developed Mössbauer instrumentation an approximation to optimal configuration of experiments is presented. The analysis relies on the presumption that all the available channels of the spectrum are not equally efficient for a given experimental application. A quantification of this concept is presented and a method for different channel layout comparison is proposed. The optimization of recorded spectra is important in dynamic experiments where efficiency in data taking imposes feasibility limits as well as in static applications as a way of reducing experimental time.Facultad de Ciencias Exacta

Preparación de cermets Al₂0₃-Fe por molido mecánico

Se analizó la producción de nanodispersiones cerámico-metal (cermets) mediante el molido mecánico de polvos a través de la reacción de sustitución Fe₂O₃+2Al->2Fe+Al₂O₃. Se realizó un análisis del desarrollo progresivo de la reacción en función del tiempo de molido, monitoreándose la temperatura y la presión durante el proceso. Los sistemas fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX) obteniéndose el tamaño de grano de las fases involucradas. El orden local en torno del Fe fue analizado por espectroscopia Mössbauer (EM). Los polvos fueron también examinados por microscopía de transmisión electrónica (MTE). Se investigó la influencia de parámetros tales como tamaños de grano, temperatura alcanzada en el cilindro, temperatura de ignición e intensidad de trabajo mecánico en el desarrollo de la reacción.Facultad de Ciencias Exacta

Thermal mixing of Al-Fe multilayers

Al-Fe multilayers have been mixed by thermal treatment and their evolution followed by conversion electron Mossbauer spectroscopy. The initial and final states have been characterized by Rutherford backscattering spectrometry. The results are compared with those previously obtained in the ion beam mixing of similar systems.Facultad de Ciencias Exacta

Optimal configuration for programmable Mössbauer experiments

Based on channel independency of recently developed Mössbauer instrumentation an approximation to optimal configuration of experiments is presented. The analysis relies on the presumption that all the available channels of the spectrum are not equally efficient for a given experimental application. A quantification of this concept is presented and a method for different channel layout comparison is proposed. The optimization of recorded spectra is important in dynamic experiments where efficiency in data taking imposes feasibility limits as well as in static applications as a way of reducing experimental time.Facultad de Ciencias Exacta

Aleaciones amorfas metálicas con una amplia región de líquido sobreenfriado preparadas por aleado mecánico

La aleación amorfa Hf₆₅Al₇.₅Cu₁₇.₅Ni₁₀, preparada por aleado mecánico de los polvos elementales, fue estudiada por difracción de rayos X, calorimetría diferencial de barrido y correlaciones angulares perturbadas. Los rayos X han confirmado el estado amorfo de las aleaciones de partida. Mediante calorimetría se ha observado una amplia zona de líquido sobreenfriado determinándose la temperatura de transición vítrea, Tg=500°C. También se ha observado la presencia de dos efectos exotérmicos indicando un proceso de cristalización en dos etapas. Las correlaciones angulares han confirmado una estructura al azar de iones en todas las muestras hasta los 520°C. Se intentará identificar los productos finales de la cristalización tanto por rayos X como por correlaciones angulares teniendo en cuenta los compuestos intermetálicos esperables de acuerdo a la estequiometría de la aleación.Facultad de Ciencias Exacta

Transformaciones inducidas por molido mecánico en ZrFe₂ bajo flujo de nitrógeno

Se estudiaron los efectos del molido mecánico sobre el ZrFe₂ (fase de Laves) bajo flujo de gas nitrógeno, caracterizando por espectroscopia Mossbauer y difracción de rayos X las transformaciones estructurales producidas. Las muestras fueron molidas en un cilindro de acero (7.5cm³) con una bola de acero (Φ = 12mm), usando un molino vibratorio operando a 30 Hz, con una relación inicial de masas bola/muestra de 11/1. La evolución de los espectros Mossbauer con el tiempo de molido mostró, en una primera etapa, una fracción creciente de núcleos que experimentan una interacción cuadrupolar pura, posiblemente relacionada con la formación de una fase paramagnética amorfa En una segunda etapa aparece una señal ferromagnética atribuible a la segregación del hierro metálico, la cual es acompañada por la formación de ZrN, según muestran los difractogramas. Estos ponen en evidencia además, una rápida disminución del tamaño de grano del ZrFe₂ con el tiempo de molido y un aumento del parámetro de red hasta los 30min. A partir de ese momento la disminución del tamaño de grano es lenta y el parámetro de red disminuye. Los resultados confirmaron la inestabilidad del ZrFe₂ y/o de la fase amorfa derivada, bajo molido en nitrógeno, dando lugar a la formación de α-Fe y ZrN.The effect of grinding under a nitrogen flux on the Laves phase ZrFe₂ was studied characterizing the induced structural transformations by X ray diffraction and Mossbauer spectroscopy. The samples were ground with one Steel ball (Φ=12mm) in a cylindrical Steel vial (7.5 cm³), using a vibratory mixer mili operating at about 30Hz. The initial ball to powder mass ratio was 11:1. The evolution of the Mossbauer spectra with milling time shown two stages: first, an increasing fraction of nuclei experiencing a quadrupole interaction, possibly related to the formation of a paramagnetic amorphous phase; second a ferromagnetic signal appeared indicating the segregation of metallic Fe, accompanied by the ZrN formation. as evidenced by the corresponding diñractograms. These also shown a rapid grain size reduction in the Laves phase and an initial increase in the lattice parameter. The results confirm the unstability of ZrFe₂ and/or the related amorphous phase under grinding in a N₂ atmosphere, giving rise to the formation of αFe and ZrN.Facultad de Ciencias Exacta

Nanocrystalline ZrN particles embedded in Zr-Fe-Cu-Al-Ni amorphous matrix

Melt-spun Zr64Al7Cu17Ni10Fe2 amorphous ribbons were milled under nitrogen atmosphere for different times. The resulting nitrided powders were studied by x-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy and differential scanning calorimetry. The formation of nanosized crystalline particles, with cubic δ-ZrN structure, dispersed in the amorphous matrix was observed along with a change in the composition of the amorphous phase. Prolonged milling leads to the additional precipitation of late transition metals (Fe,Ni,Cu). The nitride particles affect the crystallization behavior and modify the thermal stability of the amorphous alloy.Facultad de Ciencias Exacta

Mechanical milling of the intermetallic compound AlFe

The intermetallic compound AlFe in its ordered B2 phase has been ground under Ar in a ball-milling device. The system evolution under mechanical work has been examined as a function of time of milling by x-ray diffraction, transmission Mossbauer spectroscopy, and differential scanning calorimetry. Short and long range disorder was observed. The evolution of the long range order parameter with milling time is analyzed up to the completion of the solid state reaction when a steady state value is reached. The short range order evolution is consistent with a nonstatistical order distribution throughout the sample but mainly distributed in two regions with different degrees of order each. Kinetic analysis of the reordering and recrystallization has been per- formed under continuous heating and isothermal calorimetric regimes. Modeling of these processes is pre- sented as well as the estimated values of both the enthalpy and the activation energy of the reordering process. Results are compared with preceding information on related systems.Facultad de Ciencias Exacta

Interacciones hiperfinas de ¹¹¹Cd en monocristales de InSe

El semiconductor InSe es un material de interés tecnológico debido a las propiedades de“switching” que posee. En orden a investigar la relación entre esta propiedad macroscópica y las interacciones hiperfmas de impurezas áceptoras de Cd, se llevaron a Cabo determinaciones de las interacciones cuadrupolares eléctricas de impurezas de ¹¹¹Cd en muestras mono y policristalinas de InSe, utilizando como técnica experimental las Correlaciones Angulares Perturbadas. Se comparan los resultados obtenidos experimentalmente con cálculos teóricos realizados usando un modelo de cargas puntuales.Facultad de Ciencias Exacta