background image

Fizyka statystyczna 15

STATYSTYCZNY OPIS UKºADU

Stan uk»adu moóe byƒ opisany przez dwa rodzaje wielkoÑci:

- makroskopowe

-

np. temperatura, obj“toу, ciÑnienie,
potencja» chemiczny,

- mikroskopowe

-

np. pr“dkoу czstki, p“d czstki, energia
czstki, po»oóenie czstki.

Statystyczna
funkcja rozk»adu

- zwizek mi“dzy tymi dwoma rodzajami wielkoÑci.

Jest to funkcja parametryczna. Jej parametrami s
paramertry termodynamiczne, np. temperatura   i

potencja» chemiczny  . Argumentami tej funkcji s

wspó»rz“dne i sk»adowe p“du czstki.

Pe»na
statystyczna
funkcja rozk»adu

- funkcja 

, taka, óe pomnoóona przez 

wyraóa liczb“ czstek uk»adu, których energie
zawarte s w przedziale 

 b“dziemy w skrócie oznaczali  

 moóna przedstawiƒ w postaci

 - g“stoу stanów

 -

funkcja rozk»adu (prawdopodobie½stwo zajÑcia danego stanu,

odpowiednik Ñredniej liczby czstek w danym stanie)

background image

Fizyka statystyczna 16

Funkcja rozk»adu dla gazu doskona»ego niezwyrodnia»ego

Dla gazu niezwyrodnia»ego 

, dlatego w tym przypadku musi

zachodziƒ  

.

Funkcja rozk»adu 

dla gazu niezwyrodnia»ego nazywana jest rozk»adem

Maxwella-Boltzmanna i ma postaƒ

 - potencja» chemiczny, 

 - sta»a Boltzmanna

Pe»na funkcja rozk»adu

background image

Fizyka statystyczna 17

Potencja» chemiczny gazu niezwyrodnia»ego

Potencja» chemiczny gazu niezwyrodnia»ego   moóna wyliczyƒ z warunku

unormowania pe»nej funkcji rozk»adu

Wiedzc, óe 

 otrzymujemy

Std dla gazu niezwyrodnia»ego

Poniewaó dla gazu niezwyrodnia»ego

(kryterium niezwyrodnienia)

wi“c potencja» chemiczny gazu niezwyrodnia»ego jest zawsze ujemny.

background image

Fizyka statystyczna 18

Funkcja rozk»adu Maxwella-Boltzmanna

Znaleziona postaƒ potencja»u chemicznego dla gazu niezwyrodnia»ego 

pozwala zapisaƒ pe»n funkcj“ rozk»adu i rozk»ad Maxwella-Boltzmanna w
postaci jawnie zaleónej od parametrów uk»adu.

Dla pe»nej funkcji rozk»adu Maxwella-Boltzmanna

  

Dla rozk»adu Maxwella-Boltzmanna

  

W ostatnim wzorze wprowadziliÑmy koncentracj“ czstek 

.

background image

Fizyka statystyczna 19

Efektywna liczba stanów

Funkcj“ rozk»adu Maxwella-Boltzmanna

moóemy zapisaƒ w postaci

gdzie

z

efektywna g“stoу stanów

efektywna g“stoу stanów dla 

.

Uóywajc 

 warunek niezwyrodnienia gazu doskona»ego 

  

lub

 

 dla dowolnej energii

moóna zapisaƒ w innej postaci

background image

Fizyka statystyczna 20

Rozk»ad czstek wzgl“dem pr“dkoÑci i p“dów

OtrzymaliÑmy

Znajc 

spróbujmy otrzymaƒ 

W podobny sposób  moóna otrzymaƒ rozk»ad czstek wzgl“dem p“dów

background image

Fizyka statystyczna 21

Funkcja rozk»adu gazu zwyrodnia»ego fermionów

Przyk»adem gazu zwyrodnia»ego fermionów jest gaz elektronowy w
metalach. Funkcj rozk»adu dla takiego gazu jest funkcja Fermiego-Diraca

- energia kinetyczna czstki

- potencja» chemiczny

Dla porównania funkcja rozk»adu gazu niezwyrodnia»ego mia»a postaƒ

Prawo rozk»adu fermionów wzgl“dem energii

Dla elektronów 

, wi“c wtedy 

background image

Fizyka statystyczna 22

Rozk»ad Fermiego-Diraca w temperaturze zera bezwzgl“dnego

Dla elektronów swobodnych metal jest swego rodzaju jam potencja»u

Poziom
Fermiego

- poziom energetyczny  , na

którym znajduje si“ elektron
o najwi“kszej energii
kinetycznej w temperaturze
0 K.

Energia
Fermiego

- energia kinetyczna 

elektronu na poziomie
Fermiego

W temperaturze zera bezwzgl“dnego wszystkie stany o energii 

 s

obsadzone, a stany o energii 

 s puste.

Aby otrzymaƒ ten wynik z rozk»adu Fermiego-Diraca, naleóy przyjƒ 

  


Document Outline