Zmiana zera energii bez zmiany prawdopodobieństw
Jeden ośrodek ma dwa niezdegenerowane poziomy 0 i Δ. Temperatura spełnia exp[−Δ/(kBT)] = 1/3. a) Oblicz prawdopodobieństwa i średnią energię. b) Do obu poziomów dodano tę samą stałą 5Δ, niezależną od temperatury. Oblicz nową sumę wag, prawdopodobieństwa i średnią energię. c) Czy ta zmiana zera energii zmienia pojemność cieplną?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
Po przesunięciu poziomy mają energie 5Δ i 6Δ. Ze wszystkich wag można wyłączyć wspólny czynnik (1/3)5.
Rozwiązanie
Pierwotne energie
Wagi 1 i 1/3 sumują się do 4/3. Stąd P₀ = 3/4, P₁ = 1/4 i średnia energia Δ/4. Podkreślmy, że 1/3 jest ilorazem wag, a nie prawdopodobieństwem górnego poziomu.
Nowy zapis tego samego rozkładu
Nowe wagi to (1/3)5 = 1/243 oraz (1/3)6 = 1/729. Ich suma wynosi 4/729. Prawdopodobieństwa otrzymujemy przez podzielenie każdej wagi przez sumę: (1/243)/(4/729) = 3/4 i (1/729)/(4/729) = 1/4. Pozostają takie same.
\langle E'\rangle=5\Delta\frac34+6\Delta\frac14=\frac{21}{4}\Delta=5{,}25\Delta.
Średnia energia wzrosła dokładnie o 5Δ, jak każda możliwa energia. Zmiana samej sumy wag nie oznacza zmiany obsad: znaczenie mają ilorazy z jej udziałem.
Pochodna po temperaturze
Pojemność cieplna przy stałym Δ to d⟨E⟩/dT. Po przesunięciu mamy d(⟨E⟩ + 5Δ)/dT = d⟨E⟩/dT, ponieważ stała 5Δ nie zależy od T. Pojemność cieplna się nie zmienia. Nie byłoby to poprawne rozumowanie dla fizycznej zmiany odległości między poziomami ani dla przesunięcia zależnego od temperatury; w zadaniu zmieniamy jedynie zero energii.
Powiązana teoria
Rozkład Boltzmanna: prawdopodobieństwo stanu a obsada poziomu energii
Dalsza lektura
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto