Formulaire de physique statistique

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Modèle:Ébauche

Outils mathématiques

Description des systèmes

En situation microcanonique

  • Description : l’énergie E et le nombre de particules N sont connus exactement.
  • Probabilité microcanonique : pi=1Ω
  • Distribution d'une variable interne
  • Densité d'états de particules libres
  • Densité d'états de particules classiques indépendantes

En situation canonique

  • Description : l'énergie E est connue en moyenne et le nombre de particules N est connu exactement.
  • Probabilité canonique : pi=1Ze−βEi
  • Fonction de partition : Z=∑ie−βEi
  • Énergie moyenne : E¯=−∂ln⁡Z∂β
  • Capacité calorifique
  • Entropie canonique : S=kBln⁡Z−kBβ∂ln⁡Z∂β
  • Énergie libre : F=E−TS
  • Pression canonique : p=∂F∂V|T,V
  • Potentiel chimique canonique : μ=∂F∂N|T,V
  • Distribution d'une variable interne

En situation grand-canonique

  • Description : l’énergie E et le nombre de particules N sont connus en moyenne.
  • Probabilité grand-canonique : pi=1Ze−βEi+αNi
  • Grande fonction de partition : Z=∑ie−βEi+αNi=∑NeαNiZN où ZN est la fonction de partition canonique du même ensemble avec un nombre fixé N de particules.
  • Grand potentiel : Φ=E−TS−μN
  • Nombre moyen de particules : N¯=∂ln⁡Z∂α
  • Energie moyenne : E¯=−∂ln⁡Z∂β
  • Pression grand-canonique : p=−∂Φ∂V|T,μ
  • Entropie grand-canonique : S=−∂Φ∂T|V,μ
  • Distribution d'une variable interne
  • situation des particules

Distributions

De Bose-Einstein

fBE(ϵ,T)=1exp⁡(ϵ−μ(T)kBT)−1

De Fermi-Dirac

fFD(ϵ,T)=1exp⁡(ϵ−μ(T)kBT)+1

De Maxwell-Boltzmann

fMB(ϵ,T)=exp⁡(−ϵ−μ(T)kBT)

Distribution des vitesses de Maxwell Boltzmann de quelques gaz rares.

Gaz parfait

Gaz parfait de fermions

  • Nombre de particules
  • Énergie moyenne
  • Grand potentiel
  • Entropie
  • Pression
  • Énergie de Fermi
  • Énergie cinétique totale
  • Propriétés à basses températures
  • Propriétés à hautes températures

Gaz parfait de bosons

  • Nombre de particules
  • Energie moyenne
  • Grand potentiel
  • Entropie
  • Pression
  • Température de Bose
  • Propriétés à T<Tb
  • Propriétés à T>Tb