Uk»ady niezwyrodnia»e i zwyrodnia»e Rozwaómy zagadnienie wp»ywu specyficznych w»aÑciwoÑci bozonów i fermionów na zachowanie si“ uk»adu jako ca»oÑci.

Istotn wielkoÑci jest tu stosunek - iloÑci jednakowych czstek do

-

liczby stanów uk»adu.

jest miar cz“stoÑci spotka½ czstek.

Uk»ady niezwyrodnia»e

(liczba stanów jest duóo wi“ksza od liczby czstek) Specyficzne w»aÑciwoÑci bozonów i fermionów nie ujawniaj si“. Czstki, aczkolwiek w dalszym cigu nierozróónialne maj w znacznym stopniu w»aÑciwoÑci czstek klasycznych. W szczególnoÑci zachodzi to, gdy

- Ñrednia odleg»oу mi“dzy czstkami

- d»ugoу fali de Broglie’a

Fizyka statystyczna, która bada w»aÑciwoÑci uk»adów niezwyrodnia»ych nazywa si“ statystyk klasyczn i wióe si“ z nazwiskami Maxwella i Boltzmanna ( statystyka Maxwella-Boltzmanna).

Fizyka s tatystycz na 8

Uk»ady zwyrodnia»e

- iloу jednakowych czstek w uk»adzie

- liczby stanów uk»adu

- Ñrednia odleg»oу mi“dzy czstkami

- d»ugoу fali de Broglie’a

Istotne staje si“, czy dany stan obsadzony zostaje pojedynczo, czy zespo»owo. Uk»ady zwyrodnia»e mog tworzyƒ tylko czstki podlegajce mechanice kwantowej. Liczba stanów

musi byƒ sko½czona, a wi“c stany

uk»adu musz zmieniaƒ si“ w sposób dyskretny.

Fizyka statystyczna, która bada w»aÑciwoÑci uk»adów zwyrodnia»ych nazywa si“ statystyk kwantow. Rozróónia si“ dwie statystyki kwantowe:

- statystyka Fermiego-Diraca (statystyka fermionów)

- statystyka Bosego-Einsteina (statystyka bozonów) W statystykach kwantowych wyst“puj tylko obiekty kwantowe, zaÑ w statystyce klasycznej zarówno obiekty klasyczne jak i kwantowe.

Kryterium niezwyrodnienia gazu doskona»ego

Obliczmy, jakie warunki musz byƒ spe»nione, aby

. Liczb“

stanów czstki moóna oszacowaƒ przyjmujc, óe jej maksymalna energia jest równa

- sta»a Boltzmanna (

)

- temperatura bezwzgl“dna

Fizyka s tatystycz na 9

Std

(przyjmujc

)

Kryterium niezwyrodnienia

Azot (1 mol):

,

,

,

Zwyczajne gazy czsteczkowe w warunkach normalnych s gazami niezwyrodnia»ymi. Dlatego naleóy je opisywaƒ za pomoc statystyki klasycznej.

Gaz elektronowy w metalu:

,

. W tych warunkach, aby otrzymaƒ

, trzeba przyjƒ

.

Gaz elektronowy w metalach jest zawsze zwyrodnia»y, a wi“c powinien byƒ

opisywany statystyk Femiego-Diraca.

Fizyka statystyczna 10

TERMODYNAMICZNY OPIS UKºADU

Rozpatrzmy termodynamiczny opis uk»adu sk»adajcego si“ z bardzo duóej liczby czstek.

Stan równowagi

- stan, w którym uk»ad moóe znajdowaƒ si“

termodynamicznej

dowolnie d»ugo

Parametry stanu

- parametry fizyczne jednoznacznie okreÑlajce stan równowagi termodynamicznej

Proces

- kaóda zmiana w uk»adzie termodynamicznym, termodynamiczny

zwizana ze zmian choƒby jednego parametru stanu

Energia

- funkcja termodynamiczna, której zmiana w wewn“trzna

wyniku przejÑcia uk»adu z pocztkowego stanu równowagi A do ko½cowego stanu równowagi B

jest równa pracy wymienionej przez uk»ad z

otoczeniem w przemianie adiabatycznej

Zasady termodynamiki

I. Zmiana energii wewn“trznej jest równa iloÑci ciep»a i pracy wymienianej przez uk»ad z otoczeniem. (zasada zachowania energii)

- przyrost energii wewn“trznej

- ciep»o przekazane uk»adowi

- praca wykonana na uk»adzie

Na ogó»

Fizyka statystyczna 11

II.

Procesy naturalne przebiegaj w kierunku wzrostu entropii uk»adu i otoczenia.

Procesy

- spontaniczne, nieodwracalne, zachodz samorzutnie w naturalne

przyrodzie i w ich wyniku uk»ady zblióaj si“ do stanu równowagi wewn“trznej i stanu równowagi z

otoczeniem.

Procesy

- które oddala»yby uk»ad od stanu równowagi; przemiany nienaturalne

takie nigdy nie przebiegaj samorzutnie.

Procesy

- b“dce procesami granicznymi mi“dzy procesem odwracalne

naturalnym i nienaturalnym; s one cigiem stanów równowagi i mog przebiegaƒ w dowolnym kierunku.

Entropia

- funkcja termodynamiczna, której zmiana jest równa stosunkowi iloÑci ciep»a wymienionego w odwracalnej przemianie izotermicznej to temperatury przemiany (w procesach odwracalnych)

(w procesach nieodwracalnych)

Ogólnie

Fizyka statystyczna 12

Warunki równowagi termodynamicznej Warunkiem równowagi termodynamicznej uk»adu izolowanego jest maksimum entropii.

Ten warunek równowagi moóna równieó wyraziƒ poprzez w»aÑciwoÑci innej funkcji termodynamicznej - tzw. energii swobodnej .

Dla

JeÑli

i na uk»adzie nie jest wykonywana praca, to

, czyli:

we wszystkich samorzutnych procesach zachodzcych w sta»ej temperaturze i bez wymiany pracy z otoczeniem energia swobodna uk»adu maleje.

Warunkiem równowagi termodynamicznej uk»adu izolowanego jest minimum energii swobodnej.

Na ogó»

, wtedy warunek ten przyjmuje postaƒ

Fizyka statystyczna 13

Potencja» chemiczny

Energia wewn“trzna moóe zmieniaƒ si“ równieó w wyniku zmiany iloÑci czstek. W procesie odwracalnym moóna to zapisaƒ

- potencja» chemiczny.

Std

Potencja» chemiczny wyraóa zmian“ energii wewn“trznej uk»adu przy zamianie liczby jego czstek o jednostk“ w warunkach sta»ej entropii i obj“toÑci uk»adu.

Potencja» chemiczny moóna wyraziƒ przez w»aÑciwoÑci energii swobodnej uk»adu

Std

Potencja» chemiczny wyraóa zmian“ energii swobodnej uk»adu przy zamianie liczby jego czstek o jednostk“ w warunkach sta»ej temperatury i obj“toÑci.

Fizyka statystyczna 14

Document Outline

  • Page 1
  • Page 2
  • Page 3
  • Page 4
  • Page 5
  • Page 6
  • Page 7