Γενικευμένος Ορισμός Εντροπίας

Σχετικά έγγραφα
Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

2 ΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

2 ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ - ΕNTΡΟΠΙΑ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Ασκήσεις Κεφαλαίου 2

Σύστημα με μεταβλητό αριθμό σωματιδίων (Μεγαλοκανονική κατανομή) Ιδανικό κβαντικό αέριο

Α Θερμοδυναμικός Νόμος

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική

ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΛΥΣΕΙΣ 26/10/2011

ΕΝΤΡΟΠΙΑ-2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ-ΚΥΚΛΟΣ CARNOT

P(n 1, n 2... n k ) = n 1!n 2! n k! pn1 1 pn2 2 pn k. P(N L, N R ) = N! N L!N R! pn L. q N R. n! r!(n r)! pr q n r, n! r 1!r 2! r k!

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-ΙΙΙ ΤΑ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΑΞΙΩΜΑΤ

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

Τμήμα Χημείας Πανεπιστήμιο Κρήτης. Εαρινό εξάμηνο 2009

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

3 ος ΘΕΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ- ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΘΕΩΡΙΑ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ-1 ΟΡΙΣΜΟΙ

ΜΑΘΗΜΑ - VI ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι (ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ) Α. ΑΣΚΗΣΗ Α3 - Θερµοχωρητικότητα αερίων Προσδιορισµός του Αδιαβατικού συντελεστή γ

Η Εντροπία. Δρ. Αθανάσιος Χρ. Τζέμος. Κέντρο Ερευνών Αστρονομίας και Εφηρμοσμένων Μαθηματικών Ακαδημία Αθηνών

O δεύτερος νόµος της θερµοδυναµικής

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΔΟΥΑΡΔΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Κεντρικό: Λεωφ. Κηφισίας 56, Αμπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

KATANOMEΣ- ΚΑΤΑΝΟΜΗ MAXWELL ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ETY-202. Ο γενικός φορμαλισμός Dirac ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 05. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ DIRAC. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/11/2013

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ. Αμαλία Α. Κώνστα

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 6 η : Θερμοχημεία Χημική ενέργεια. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ. Περιεχόμενα

Ο δεύτερος νόμος Παραδείγματα αυθόρμητων φαινομένων: Παραδείγματα μη αυθόρμητων φαινομένων: συγκεκριμένο χαρακτηριστικό

Πρόχειρες σημειώσεις Στατιστικής Θερμοδυναμικής. Γεώργιος Φανουργάκης

Περιεχόμενα 1 Εισαγωγή 2 Κλασική Στατιστική Μηχανική 3 Μη Εκτατική Στατιστική Μηχανική 4 Αξιωματική Ταξινόμηση Εντροπικών Μορφών 5 Η Standard Απεικόνι

ΣΗΜΕΙΑ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΓΡΑΜΜΙΚΟΠΟΙΗΣΗ. ΈΈστω ένα φυσικό σύστημα που περιγράφεται σε γενικευμένες συντεταγμένες από την Λαγκρανζιανή συνάρτηση

Α4. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράµµα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, τη λέξη Σωστό, αν η

ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΦΥΕ22

x < A y f(x) < B f(y).

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 4: Θερμοχημεία Χημική Ενέργεια Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

The 38 th International Physics Olympiad Iran Theory Competition Sunday, 15 July 2007

ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΗΣ 02/2015

(α) u(2, -1), (β) u(1/x, x/y).

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

κλασσική περιγραφή Κλασσική στατιστική

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΑΡΧΗ ΕΓΚΛΕΙΣΜΟΥ ΑΠΟΚΛΕΙΣΜΟΥ

Φυσική και Πληροφορία

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΑΕΡΙΟ VAN DER WAALS ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

- Q T 2 T 1 + Q T 1 T T

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

9. Γενικευμένα Στατιστικά Σύνολα

Γιατί αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες;

M V n. nm V. M v. M v T P P S V P = = + = σταθερή σε παραγώγιση, τον ορισµό του συντελεστή διαστολής α = 1, κυκλική εναλλαγή 3

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ»

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΗΣ 09/2014

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Μηχανική ΙI. Μετασχηματισμοί Legendre. διπλανό σχήμα ότι η αντίστροφη συνάρτηση dg. λέγεται μετασχηματισμός Legendre της f (x)

ΛΥΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

A. Να δείξετε ότι για δύο συμπληρωματικά ενδεχόμενα Α και Α ενός δειγματικού χώρου, ισχύει

APEIROSTIKOS LOGISMOS I

Λύσεις 2ης Ομάδας Ασκήσεων

Α) Να γράψετε με τη βοήθεια των πράξεων των συνόλων το ενδεχόμενο που παριστάνει το σκιασμένο εμβαδόν σε καθένα από τα παρακάτω διαγράμματα Venn.

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Είδη ενέργειας ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

Φυσικοχημεία για Βιολόγους. Εργ. Φυσικοχημείας. Τηλ

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

Το πρόβλημα των μηδενικών ιδιοτιμών.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2004

5. Να λυθεί η εξίσωση. 6. Δίνεται η συνάρτηση. 2f x ΛΥΣΗ: Τα x για τα οποία 2 x 0 x 0 x, δεν είναι λύσεις της εξίσωσης γιατί για

3.4.2 Ο Συντελεστής Συσχέτισης τ Του Kendall

Αριθμητικές Προσομοιώσεις του πρότυπου ISING στις Τρεις Διαστάσεις

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

Sˆy. Η βάση για την οποία συζητάμε απαρτίζεται από τα ανύσματα = (1) ˆ 2 ± =± ± Άσκηση 20. (βοήθημα θεωρίας)

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 1: Βασικά χαρακτηριστικά της Θερμοδυναμικής. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

Θεωρία πληροφοριών. Τεχνολογία Πολυµέσων 07-1

Π Ο Λ Ι Τ Ι Κ Α Κ Α Ι Σ Τ Ρ Α Τ Ι Ω Τ Ι Κ Α Γ Ε Γ Ο Ν Ο Τ Α

Διάλεξη 9: Στατιστική Φυσική

ΘΕΜΑ A. 4. Η πρόταση «Δε μπορεί να κατασκευαστεί θερμική μηχανή με συντελεστή απόδοσης = 1» ισοδυναμεί με. α. Την αρχή της ανεξαρτησίας των κινήσεων.

Copyright, Οκτώβριος 2011, Π. Μουστάνης, Eκδόσεις Zήτη

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 6: Εντροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Υδατική Χηµεία-Κεφάλαιο 3 1

Hamiltonian φορμαλισμός

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

6. Στατιστικά Σύνολα

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

Φύλλο Εργασίας 5 Από τη Θερμότητα στη Θερμοκρασία - Η Θερμική Ισορροπία

ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΤΟ 2ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

Transcript:

Γενικευμένος Ορισμός Εντροπίας Σε μονωμένα συστήματα θεωρήσαμε ότι «όλες οι μικροκαταστάσεις που είναι συμβιβαστές με την δεδομένη Μακροκατάσταση έχουν ίσες πιθανότητες». Συμβολίσαμε με Ω τον αριθμό των μικροκαταστάσεων που απαρτίζουν μια Μακροκατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι η κάθε μια έχει πιθανότητα: = Ω και ορίσαμε την εντροπία ως: = Ω Με βάση τις δύο παραπάνω σχέσεις μπορούμε να γράψουμε = Θέλουμε να επεκτείνουμε τον ορισμό σε μη απομονωμένα συστήματα όπου οι μικροκαταστάσεις δεν είναι ισοπίθανες. Μια προφανής επιλογή είναι να πάρουμε την μέση τιμή των πιθανοτήτων στην προηγούμενη σχέση: = = το τελευταίο βήμα είναι απλώς εφαρμογή του ορισμού u = u

Γενικευμένος Ορισμός Εντροπίας Άλλος ένας τρόπος να δείξουμε την προηγούμενη σχέση είναι να θεωρήσουμε ότι έχουμε ένα πολύ μεγάλο αριθμό Μ από αντίγραφα του συστήματος μας. Αν το καθένα από αυτά θα βρίσκεται σε κάθε μια από τις Ν μικροκαταστάσεις 23. με πιθανότητες αντίστοιχα 2 3. : = 2 = 2 = Ο αριθμός των συνδυασμών είναι: Ω = Μ! Μ! Μ 2! Μ Ν! Και η εντροπία Επομένως η εντροπία ανά «αντίγραφο» του συστήματος μας είναι: 2

Σύστημα σε θερμοκρασία Τ: Ο παράγοντας oltzma Έχουμε σύστημα σε σταθερή απόλυτη θερμοκρασία Τ. Δηλαδή που δεν είναι απομονωμένο αλλά σε θερμική επαφή με ένα πολύ μεγαλύτερο σύστημα «δεξαμενή θερμότητας» σε θερμοκρασία Τ με την οποία μπορεί να ανταλλάσει ποσά ενέργειας. Χρησιμοποιόντας το θεμελιώδες στατιστικό αίτημα: Το στατιστικό βάρος Μακροκατάστασης είναι ο αριθμός Ω των μικροκαταστάσεων που την απαρτίζουν δηλαδή η πιθανότητα της θα είναι ανάλογη του: / Θα δείξουμε ότι η πιθανότητα να βρεθεί το συστημά μας σε μια συγκεκριμένη μικροκατάσταση με ενέργεια Ε είναι ανάλογη του παράγοντα: / 3

Σύστημα Ν σωματιδίων σε θερμοκρασία Τ: Ο Παράγοντας oltzma Ε *- Εφόσον η συνολική ενέργεια Ε* διατηρείται για να βρεθεί το σύστημα μας σε μια μικροκατάσταση με ενέργεια Ε θα πρέπει η δεξαμενή θερμότητας να έχει ενέργεια ίση με Ε=Ε*- Ε. Όμως ο αριθμός των μικροκαταστάσεων της δεξαμενής θερμότητας είναι ισχυρή συνάρτηση του Ε. Επομένως: Αναπτύσοντας σε σειρά aylo: * / * * d d * 4

Παράγοντας oltzma και συνάρτηση επιμερισμού Ζ Επομένως ότι η πιθανότητα να βρεθεί το συστημά μας σε μια συγκεκριμένη μικροκατάσταση με ενέργεια Ε είναι : C / Όπου C είναι μια σταθερά η οποία μπορεί να προσδιορισθεί από την απαίτηση: / / 5

Παράγοντας oltzma: Για να είναι η πιθανότητα να βρεθεί το συστημά μας σε μια συγκεκριμένη μικροκατάσταση με ενέργεια Ε σημαντική πρέπει το Ε να είναι μικρότερο η συγκρίσιμο με την «θερμική ενέργεια» κτ. Είναι χρήσιμο να θυμόμαστε ότι 604K m 20 00 80 60 40 20 0 300 Κ 0.005 0.0 0.024 0.053 0.5 0.249 0.54 6

Κανονική Κατανομή και Συνάρτηση επιμερισμού Ζ Το Ζ δεν είναι ένας απλός παράγοντας κανονικοποίησης είναι στην γενικότερη περίπτωση μια συνάρτηση Ζ με βάση την οποία μπορούμε να παράγουμε όλες τις μακροσκοπικές θεμορυναμικές ποσότητες εφόσον έχουμε αθροίσει στις μικροκαταστάσεις. Δείξετε ότι: 7

Κανονική Κατανομή και Συνάρτηση επιμερισμού Ζ Δείξετε ότι: F F Ξεκινάμε από τον γενικευμένο ορισμό της εντροπίας: 8

Συνάρτηση επιμερισμού Ζ σε συστήματα με εκφυλισμό ΠΡΟΣΟΧΗ: ΣΤΟΥΣ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟΥΣ ΟΡΙΣΜΟΥΣ Η ΑΘΡΟΙΣΗ ΑΝΑΦΕΡΕΤΑΙ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ! Συνήθως σε μια ενέργεια αντιστοιχούν περισότερες από μια καταστάσεις. Αν λοιπόν θέλουμε να αθροίσουμε σε ενέργειες πρέπει να πολλαπλασιάσουμε τον κάθε παράγοντα oltzma με το αριθμό που καταστάσεων που αντιστοιχούν σε κάθε ενέργεια g βαθμό εκφυλισμού : Με λίγη προσοχή μπορούμε επίσης να καταλάβουμε ότι η άθροιση που αντιστοιχεί στον γενικευμένο ορισμό της εντροπίας γίνεται: g g / / g g g g 9

Κανονική κατανομή και ος ΘΝ Καταρχήν ας παρατηρήσουμε ότι: d 0 Με χρήση αυτής μπορούμε να δείξουμε ότι ξεκινώντας από τον ορισμό: d d d d d d d d d d d d Επομένως με σύγκριση με τον ο ΘΝ: ΣΥΜΠΕΡΑΙΝΟΥΜΕ: d d dw d ΕΡΓΟ d d ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 0

Μεθοδολογία χρήσης της κανονικής κατανομής oltzma F F F P F

Μεγαλοκανονική κατανομή: Σύστημα σε θερμοκρασία Τ και χημικό δυναμικό μ. Έχουμε σύστημα σε σταθερή απόλυτη θερμοκρασία Τ σε θερμική επαφή με ένα πολύ μεγαλύτερο σύστημα με την οποίο μπορεί να ανταλλάσει ποσά ενέργειας και σωματίδια. Μπορούμε να δείξουμε ότι η πιθανότητα να βρίσκεται σε μικροκατάσταση με ενέργεια Ε και Ν αριθμό σωματιδίων είναι ανάλογη του παράγοντα: ά Η σταθερά μπορεί να προσδιορισθεί από την απαίτηση: 0 2

Μεθοδολογία χρήσης της μεγαλοκανονικής κατανομής Gbbs P Ξ 3