Microcanonical • Canonical Grand canonical Isothermal–isobaric Isoenthalpic–isobaric
ديناميكا حرارية
Gas laws · Carnot cycle • Dulong-Petit
Models
Debye • Einstein • Ising
Potentials
Internal energy • Enthalpy Helmholtz free energy Gibbs free energy
الفهماء
Maxwell • Gibbs • Boltzmann ·
••
إحصاء بوز-أينشتاين (بالإنجليزية Bose-Einstein Statistics) وإحصاء فرمي-ديراك Fermi-Dirac Statistics هي نظم لتوزيع الجسيمات الأولية في الإحصاء الكمومي. وتنتمي الپوزونات إلى إحصاء بوز-أينشتاين، وتنتمي الفرميونات إلى إحصاء فرمي-ديراك.
ويعطي جميع نظام منها عدد الجسيمات
في حالة عدم وجود تآثر بين تلك الجسيمات تعطينا المعادلة الأتية توزيع البوزونات (تتميز البوزونات بعزم مغزلي 0 أوSpin=1):
حيث:
μ الجهد الكيميائي
تساوي عادة
kB ثابت بولتزمان
T درجة الحرارة كلفن
ويعتمد الجهد الكيميائي على درجة الحرارة.
تعطينا المعادلة عدد الجسيمات في الحالة الكمومية E. وإذا كانت الحالة E منفطرة (مفصصة طبقا لميكانيكا الكم ) فيجب ضرب درجة الانفطار gi في المعادلة السابقة.
عند درجة الحرارة الحرجة المنخفضة جدا نحصل على الحالة الخاصة في عدم وجود تآثر بين الجسيمات، مع افتراض حتى الجهد الكيميائي μ قريب من مستواه الأدنى، نحصل على تكثف بوز-أينشتاين.
وفي حالة توزيع فرمي-ديراك نحصل على المعادلة السابقة ولكنقد يكون المقام مجموع أجزائه (+) بدلا من الفرق بين جزئيه(-).
أي:
وبالنسبة للفرميونات فهي تتبع إحصاء فرمي-ديراك، وهي تتحول إلى عند الطاقات العالية E إلى توزيع بولتزمان، كما يتحول أيضا توزيع بوز-أينشتاين عند الطاقات العالية إلى توزيع بولتزمان. وكان توزيع بولتزمان أصلا يصف توزيع الذرات أوالجزيئات في نظام غازي في حالة توازن حراري.
تتميز الفرميونات حتى لها عزم مغزلي 1/2.
ملاحظات
Example n = 4, g = 3:
(there are elements in )
Subset
is obtained by fixing all indices
to
, except for the last index,
, which is incremented from
to
.
Subset
is obtained by fixing
, and incrementing
from
to
. Due to the constraint
on the indices in
,
the index
must
automatically
take values in
.
The construction of subsets
and
follows in the same manner.
Each element of
can be thought of as a
multiset
of cardinality
;
the elements of such multiset are taken from the set
of cardinality
,
and the number of such multisets is the
multiset coefficient
More generally, each element of
is a
multiset
of cardinality
(number of dice)
with elements taken from the set
of cardinality
(number of possible values of each die),
and the number of such multisets, i.e.,
is the
multiset coefficient
(2)
which is exactly the same as the
formula for , as derived above with the aid
of
a theorem involving binomial coefficients, namely
(3)
To understand the decomposition
(4)
or for example,
and
let us rearrange the elements of
as follows
Clearly, the subset
of
is the same as the set
.
By deleting the index
(shown in red with double underline)
in
the subset
of
,
one obtains
the set
.
In other words, there is a one-to-one correspondence between the subset
of
and the set
. We write
.
Similarly, it is easy to see that
(empty set).
Thus we can write
or more generally,
;
(5)
and since the sets
are non-intersecting, we thus have
,
(6)
with the convention that
.
(7)
Continuing the process, we arrive at the following formula
Using the convention (7)2 above, we obtain the formula
(8)
keeping in mind that for
and
being constants, we have
.
(9)
It can then be verified that (8) and (2) give the same result for
,
,
, etc.
التطبيقات متداخلة المجالات
طالع أيضا
Bose–Einstein correlations
بوزون
بوزون هيگز
Parastatistics
Planck's law of black body radiation
جسيم أولي
إحصاء فرمي-ديراك
إحصاء ماكسويل-بولتزمان
توزيع بولتزمان
ميكانيكا إحصائية
الهامش
المراجع
Annett, James F. (2004). Superconductivity, Superfluids and Condensates. New York: Oxford University Press. ISBN .
Carter, Ashley H. (2001). Classical and Statistical Thermodynamics. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN .
Griffiths, David J. (2005). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Upper Saddle River, NJ: Pearson, Prentice Hall. ISBN .
تاريخ النشر:
2020-06-04 11:10:38
التصنيفات:
Articles with Statistical mechanics topics template, إحصاء بوز-أينشتاين, مفاهيم الفيزياء الأساسية, نظرية الحقل الكمومي, ألبرت أينشتاين