v2.0.9794.34739
Fizyka dla każdego
Fizyka statystyczna: mikrostany, obsady i fluktuacje · 1 min czytania

Trzy poziomy i cztery stany: obsady oraz średnia energia

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Oceń ten artykuł: od 1 do 5 gwiazdek
(0 głosów) . Jeszcze nie oddano głosów.

Kliknij gwiazdkę, aby od razu oddać ocenę. Klawiaturą wybierz gwiazdkę klawiszem Tab i naciśnij Enter lub spację. Jeden głos na materiał z danej przeglądarki.

Ośrodek ma poziomy 0, Δ i 2Δ o degeneracjach odpowiednio 1, 2 i 1. Jest w równowadze w temperaturze T = Δ/(kB ln 2). a) Oblicz prawdopodobieństwa trzech poziomów i każdego z dwóch stanów o energii Δ. b) Wyznacz średnią energię. c) Ilu ośrodków na każdym poziomie oczekujesz średnio w zbiorze 900 niezależnych identycznych ośrodków? Czy pojedynczy pomiar całego zbioru musi dać dokładnie te liczby?

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Najpierw zapisz wagi poziomów g · exp(−E/kBT). Dla E = Δ czynnik wykładniczy wynosi 1/2, dla 2Δ jego kwadrat.

Rozwiązanie

Normalizujemy sumę wag stanów

Wagi poziomów wynoszą 1, 2 · 1/2 = 1 oraz 1 · 1/4 = 1/4. Ich suma jest równa 9/4. Po podzieleniu przez nią dostajemy P₀ = 4/9, P₁ = 4/9 i P₂ = 1/9. Dwa różne stany na poziomie Δ mają po (1/2)/(9/4) = 2/9. Ich suma, 4/9, jest obsadą poziomu.

Kontrola: 4/9 + 4/9 + 1/9 = 1. Same czynniki 1, 1/2 i 1/4 nie są ani znormalizowanym rozkładem, ani poprawnymi łącznymi wagami zdegenerowanych poziomów.

Średnia jest ważona energią

\langle E\rangle=0\cdot\frac49+\Delta\frac49+2\Delta\frac19=\frac23\Delta.

Średnia 2Δ/3 nie jest jednym z trzech możliwych wyników pomiaru energii pojedynczego ośrodka. To średnia ważona z wielu realizacji, a nie dodatkowy poziom energii.

Od jednego ośrodka do zbioru

Średnie liczby obsad to 900 · 4/9 = 400, ponownie 400 i 900 · 1/9 = 100. Na każdy stan poziomu Δ przypada średnio 200 ośrodków. Suma średnich wynosi 900, a średnia energia całości 900 · 2Δ/3 = 600Δ.

W pojedynczej obserwacji liczby mogą się różnić od średnich, zawsze sumując się do 900. Niezależność ośrodków nie oznacza niezależności trzech liczników obsad: zwiększenie jednego licznika przy stałym N ogranicza pozostałe.

Powiązana teoria

Rozkład Boltzmanna: prawdopodobieństwo stanu a obsada poziomu energii

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.