玻爾茲曼分布在非氣體分子中如何成立?

時間 2021-05-30 02:47:59

1樓:是YAN

同樣成立但前提是可分辨粒子組成的體系,boltzmann分布可以由巨正則系綜匯出,匯出的過程與具體熱力學體系的性質無關,不可分辨粒子,是玻色子與費公尺子,分別服從玻色-愛因斯坦分布與費公尺-狄拉克分布,咱們應該不會遇到後兩個

2樓:楊肇峰

這是個有意思的思考,不過玻爾茲曼分布甚至在氣體中也不是「對任何微觀粒子都成立」的。

麥克斯韋-玻爾茲曼統計(經典統計)實際上是獨立、稀薄、無關聯粒子系統的極限近似。這種近似在直觀上的條件是態的數目遠大於粒子的數目。理想氣體狀態方程是根據這一假設匯出的。

我們先來看費公尺-狄拉克及玻色-愛因斯坦統計下的巨正則配分函式

(1)其平均佔據數 =\frac" eeimg="1"/>

可以得到 _^=\frac \pm 1} " eeimg="1"/>

對於經典極限,我們知道 \ll 1" eeimg="1"/>,

因此 _^=\frac \pm 1} \ll 1" eeimg="1"/>

即 _=e^ e^ " eeimg="1"/>

= \sum_{} = e^ \sum_} " eeimg="1"/>

這是我們得到的經典極限。

重新考慮 (1) 式,進行泰勒展開並忽略高階小量可以得到

這是經典極限下的結果。

而我們知道, , ,同時我們用 N 代替

就可得到經典氣體的狀態方程

現在我們分析用了哪些近似導致其不適用於大部分非經典粒子氣體。首先一點就是 \ll 1" eeimg="1"/>。在凝聚相及量子氣體中,費公尺子的佔據數在0-1之間,而玻色子的佔據數要求是遠比0大。

而在佔據數很小的時候, 也非常小,因此可以近似地等於 。這就是之前所說的無關聯或者經典統計條件。

如果從物理影象上解釋,那就是假設有乙個非常多格點的空間和比較少的一些粒子,乙個格點只能有乙個粒子。每個粒子隨機地填充到格點當中。實際上,總有一定的概率恰好兩個粒子隨機排布到了同乙個格點——這個時候兩個粒子會互相排斥,也就是說,完全無關聯的系統是不存在的。

但是由於這樣的概率非常小,我們近似地認為這個系統是無關聯的。而當粒子數增加到一定程度的時候,我們就無法作出這個近似了。

當然,也有其他答案說的液體中懸浮的少量小顆粒,但是對作為介質的液體還是無法適用經典統計的。

3樓:qfzklm

液體跟固體都是凝聚體,密度變化對壓強的響應比氣體小太多了。。另外,對於液體和固體,需要細緻地考慮相互作用,其密度幾乎不取決於外界壓強,而是取決於內部分子相互作用。所以玻爾茲曼分布幾乎一定不會出現,即便有也很難觀察到。。

在這裡有乙個唯一的例外,可以考慮懸浮在液體中的小顆粒的密度分布,當初愛因斯坦就是這麼估計玻爾茲曼常數的。。╮(╯_╰)╭

當然,事實上,如果不侷限於粒子數密度的空間分布,轉而考慮更加抽象的數密度的能量分布,玻爾茲曼分布是廣泛存在的。。

最後送乙個彩蛋,雪的玻爾茲曼分布╮(╯_╰)╭

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