Физика: темы
Статистическая физика
Формулы и правила по теме «Статистическая физика».
8 формул
Таблица формул
| Формула | Запись | Тема | Для чего нужна |
|---|---|---|---|
| H-теорема Больцмана | $H=\int f\ln f\,d^3v,\qquad \frac{dH}{dt}\le 0$ | Молекулярная физика | H-теорема утверждает, что для разреженного газа при молекулярном хаосе функция H не возрастает и система стремится к максвелловскому распределению. |
| Распределение Максвелла по скоростям | $f(v)=4\pi\left(\frac{m}{2\pi kT}\right)^{3/2}v^2 e^{-mv^2/(2kT)}$ | Молекулярная физика | Распределение Максвелла задает долю молекул идеального газа, имеющих скорости около заданного значения v при температуре T. |
| Распределение Больцмана в потенциальном поле | $n=n_0 e^{-U/(kT)}$ | Молекулярная физика | Распределение Больцмана показывает, как концентрация частиц в равновесии зависит от потенциальной энергии состояния и температуры. |
| Средняя скорость молекулы идеального газа | $\bar v=\sqrt{\frac{8RT}{\pi M}}$ | Молекулярная физика | Средняя скорость молекулы идеального газа описывает средний модуль скорости молекул в равновесном идеальном газе. Формула нужна, чтобы быстро перейти от физических данных к расчету и проверить порядок величины в задачах по молекулярной физике. |
| Энтропия Больцмана через число микросостояний | $S=k_B\ln W$ | Статистическая физика | Формула Больцмана связывает энтропию макросостояния с числом микросостояний, которые его реализуют. Чем больше способов устроить систему без изменения наблюдаемых параметров, тем выше энтропия. |
| Каноническое распределение Гиббса | $P_i=\frac{e^{-E_i/(k_BT)}}{Z}$ | Статистическая физика | Каноническое распределение Гиббса задает вероятность микросостояния системы при тепловом равновесии с термостатом. Состояния с большей энергией подавляются экспоненциальным множителем Больцмана. |
| Статистическая сумма канонического ансамбля | $Z=\sum_i e^{-E_i/(k_BT)}$ | Статистическая физика | Каноническая статистическая сумма складывает больцмановские веса всех микросостояний системы. Она нормирует вероятности и служит исходной величиной для вычисления свободной энергии, средней энергии и теплоемкости. |
| Свободная энергия Гельмгольца через статистическую сумму | $F=-k_BT\ln Z$ | Статистическая физика | Формула связывает свободную энергию Гельмгольца канонической системы со статистической суммой. Она переводит микроскопический спектр состояний в термодинамический потенциал при фиксированных T, V и N. |