系綜
配分函數(shù)
配分函數(shù)是系綜里所有可能微觀態(tài)的加權(quán)和,每個微觀態(tài)的權(quán)重是它在系綜里面出現(xiàn)的(沒有歸一化的)概率。這個概率是由不同的系綜決定的。比如對于微正則系綜,如果微觀態(tài)能量 E {\displaystyle E\,} 正好是系綜規(guī)定的能量 E 0 {\displaystyle E_{0}\,} ,那么幾率為1;否則為零。
對于正則系綜,這個幾率是 exp ? ? --> ( ? ? --> β β --> E ) {\displaystyle \exp(-\beta E)\,} 。其中 β β --> = 1 / k B T {\displaystyle \beta =1/k_{B}T\,} 是代表正則系綜的一個參數(shù), k B {\displaystyle玻爾茲曼B}\,} 是玻爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant), T {\displaystyle T\,} 是溫度。
巨正則系綜由兩個參數(shù)決定, β β --> {\displaystyle \beta } 速度逸速度 z {\displaystyle z\,} (或者是化學(xué)勢 μ μ --> = k B T ln ? ? --> z {\displaystyle \mu =k_{B}T\ln z\,} )。 β β --> {\displaystyle \beta \,} 和 z {\displaystyle z\,} 是相互獨(dú)立的。一個控制能量交換,另一個控制粒子交換。
等溫等壓系綜由 β β --> {\displaystyle \beta \,} 和壓強(qiáng) p {\displaystyle p\,} 決定。
許多物理量可以從對于配分函數(shù)的導(dǎo)數(shù)中求得。比如在正則系綜中,平均能量是 ln ? ? --> Z {\displaystyle \ln Z\,} 是對 ? ? --> β β --> {\displaystyle -\beta \,} 導(dǎo)數(shù)。
不同系綜的配分函數(shù)的對數(shù)往往對應(yīng)于不同的熱力學(xué)量。比如微正則系綜對應(yīng)熵;正則系綜對應(yīng)亥姆霍茲自由能;巨正則系綜對應(yīng)壓強(qiáng)和體積的乘積;等溫等壓系綜對應(yīng)吉布斯能。
參考
統(tǒng)計物理
微正則系綜
正則系綜
巨正則系綜
等溫等壓系綜
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