المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

التفكير الاستراتيجي
28-7-2016
تاثير العناصر الدقيقة على النبات
15-6-2016
صفات زعيم
27-11-2019
أنواع الأعمال الإنشائية
2023-05-15
فن المقال
6-7-2019
تطبيقات البحث الدلالي في القرآن الكريم‏
5-05-2015

Energy Fluctuation in Canonical Ensemble  
  
1227   05:19 مساءاً   date: 26-8-2016
Author : Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 2 , p 44


Read More
Date: 11-8-2016 1149
Date: 29-8-2016 897
Date: 14-8-2016 1203

Energy Fluctuation in Canonical Ensemble

Show that for a canonical ensemble the fluctuation of energy in a system of constant volume is related to the specific heat and, hence, deduce that the specific heat at constant volume is nonnegative.

SOLUTION

First solution: For a canonical ensemble:

(1)

where β = 1/τ. On the other hand,

(2)

Differentiating (2), we obtain

(3)

By inspecting (1)–( 3), we find that

(4)

Now, the heat capacity at constant volume, Cv, is given by

(5)

Therefore, comparing (4) and (5), we deduce that, at constant volume,

(6)

or in standard units

(7)

Since

then

Second solution: A more general approach may be followed which is applicable to other problems. Because the probability ω of finding that the value of a certain quantity X deviates from its average value ⟨X⟩ is proportional to eS(X - ⟨X⟩) and denoting x = X - ⟨X⟩, we can write

(8)

Note that ⟨X⟩ = 0. The entropy has a maximum at x = 0. Expanding S(x), we obtain

where

so λ > 0. The probability distribution

(9)

x2⟩ = λ, so

(10)

If we have several variables,

(11)

If the fluctuations of two variables xi, xk are statistically independent,

The converse is also true: If ⟨xixk⟩ = 0, the variables xi and xk are statistically independent. Now for a closed system we can write

(12)

where S0 is the total entropy of the system and ∆S0 is the entropy change due to the fluctuation. On the other hand,

(13)

where Wmin is the minimum work to change reversibly the thermodynamic variables of a small part of a system (the rest of the system works as a heat bath), and τ is the average temperature of the system (and therefore the temperature of the heat bath). Hence,

However,

(14)

where ∆E, ∆S, and ∆V are changes of a small part of a system due to fluctuations and τ, P are the average temperature and pressure. So,

(15)

Expanding ∆E (for small fluctuations) gives

(16)

Substituting (16) into (14), we obtain

(17)

where we used

So, finally

(18)

Using V and τ as independent variables we have

(19)

Substituting (19) into (18), we see that the cross terms with ∆V ∆τ cancel (which means that the fluctuations of volume and temperature are statistically independent, ⟨∆V. ∆τ ⟩ = 0):

(20)

Comparing (20) with (10), we find that the fluctuations of volume and temperature are given by

(21)

To find the energy fluctuation, we can expand ∆E:

(22)

where we used ⟨∆V. ∆τ ⟩ = 0. Substituting  and from (21), we obtain a more general formula for

(23)

At constant volume (23) becomes

the same as before.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.