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The Gibbs Set Ensemble

The Gibbs set ensemble is a set of independent systems represented in different points of phase space, each with a density distribution function (coincided unless for a constant density distribution). As time goes by, the phase space motion of the gas resembles a collective interaction without collision but on any point. Using the "Lehman" description, we can write the equation of continuity for the gas as:

E(0D) + ∂p/∂t = 0

Writing in terms of p and q using Hamiltonian equations, we got:

∂p/∂t = -∂H/∂q

REMLIOUVILLE THEOSÈ iè since ∂p/∂t = 0, the distribution function is constant along any trajectory in the phase space.

IMPLICATI S: Since we assume the system to be deterministic, the trajectory behaves like an incompressible fluid.

cannottrrarjectozyeach offer andcross a pointthroughcannot the namepass loopit'Arvire closednnsless as .since Eff tenere¥ and zero• ama are,in theahtrnachants phase spaceno .pointscsnhaining theelementan• itsdi shapedqdp changa=p can dpdits dqndpvolumebut ( dqnot = e,toovjectoriassystemsIn theComplex• storagedefendin the phase spaceconditionsthe initialon .thatdemonstrrated itit be( can )frractalbecomes aconstantp• p = papa lui logarithsnpd islnlp ) lnlpi= +. additive(E) )f- ftp.qnotp = ,stileLiouville Shearer walidisThe s• in Mechanicsquantum the phase,quantizedjust becomesspace .canonicalminimo Canonical and* , ensemblenominalgnanca | Grchangecachange onlt andenergyenergy parrticlesdefinitionStatistical entropyof2 .Definition nricrrocanonical ensemblesforconstantwith :energy IT pontinaS ( ofln ST ) := phase spaceProperties : diforadditive SIquantita DIi. =• e., ,S Si Se+= equilibriummacroscopico thefan• ,microstativolume ST the largestof

isequilibriumsnarimizedS atqnantizing34 phasethe space we can,statistical Weightdefine thethe asporzionevolume phaseof of spaceaby microstatoofevpressed the numberit container . generaliUsing 5 when=p we can sethe constantnotis :asenergy§ lupi5 lupi< >=p= -- i beS thedefries through Gibbsalsocanformula : (S WLÉdt )1-ln la insystem of=p== oreÈ )( ST statesthew(E)= - wE lnwn= un- the thatpsnohabilityisrubare theun microstatotheis instate n .statisticalthethatIt le provercon thernmodynsnmietheand entropyentropy definition theofsmo samaare useslsince beGoththeyShing can,Lezione dinamicathe thermohoquantità .distributionGibbs3 . giving definitionbystartLet' ofs aensembleCanonical :CANONICAL ENSEMBLE. ✓Constant volumeSUBSYSTEM Total Eo☐ :energyAMBIENT hasThe inissubsystem En andenergyequilibrium the ambientethermal with .E EE = -ambient naLet' theto " Subsystem"freezes supposenon learning ambienttheat Enenergy , likesitevolvetofree as

statistical ambient weight thedi of: "issubsystemthe "frozentoken .. Entheat energy .towork of expressionWe write wnon ,prestabilite fiend the Subsystemtotheat Enenergy. A'A constantDTun := 'è the' ambienta entropy ofS=: 'S ' siln= S'()E E= - n. seriesTaylor'5Ecpanding assumingas a ,EEn « :• È(( leis' S'Eni Èe)= -- ?. e.' En5 )( e Tf- temperatura= -:.'èA=un "è "Eest Ed ÈA constant= which intoÈ you"A e-= CANONICALI DISTRIBUTION(GIBBSPartition4 function the canonicalin. ensemble distributionGibbstheGiven Èe-A=un nommalizationimpose thewe cancondition calcolate Constantand theabhainingA :, Èe-EZla = = partitioncanonicaleiswhich called "function withindicato theand"-2lettere "" Zustansumrnefrom the german, .contorniThis Z theallfunction aboutmicroscopio information thesystem writeallowing to the meamus,

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quantitaphpsicalofvalue as :anyEf- fnun= F-e-E fa¥= alsoIt Med giratobe newcan athedefinition entropyof . formulaStarting from Gibbsthe :wnlnwnES = - ETln Z t= freeHelmholtzIcing the Fenergydefend :asf- E TS= - write :we canf- laitT= - represents betweenthis bridgeathermodynam.ve quantitaa ,Helmholtz freethe energymacroscopici microscopioand the( ,Information Zcontainer ins .alsoWe rredefine Wa :ascan )el=un The distributionBoltzmann for5 . physicsperfecto and itsgasameaningset classicaconsideri perfecta gasus a ,particle whichcompound by haveeachInteraction otherwithno which Maguires thatrvhahsserrern , .the thedilated andpartidos are inponticheofnumber anycvvemage smoller Shanlevel is muckenergy leKa- 1«:ore a . eachIn this consideracase we canparticle isolatocalmati insubsystemas anequilibrium thewith athens .Gibbs distributiontheusewe can psnobalilityWe fore writetheme thecan .particle has i.mthat valueaa the BoltzmannEof asenergy aÈstato : ¥ ¥[è

e-1 Z= =Wpa poverinaEpatica similarelooksalthough theit nera ,is differentedistributionBoltzmann sincethe Gibbsfrom distribution ,single particheofE theis energy aa ,distributionGibbsWhite in theE n arrbitmaryof subsystemtheis energy an ,and include Interactionwould also sonepartichelecturer the .The thatdistributionBoltzmann showsofthe the state thelower energy a ,prestabilite particleforthehigham ait and numberin thebeto arremageinparticle levelcentinaiaof a canCalculatedbe as :¥èè c=a affairesconstant laisurlare ( a N partidosimposing £ ( )of#=ma .distributionStatistical perfecta6 for a. quantum gasquantum isperfectaa whealgas gasainteraction ponticheonly behucenthe quantum effectstheare for1the apprroximation Tra < < walidclassicaperfecto is notgaseshome pvpotential D= TlnzLandautheWriting = --levelparticular hefare :a -2T lnda = a- ± )ten Ne-( E= → na- En Ena → pancase,idepending valuesthe of hee canweon scenariohave possible3 :1)

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Fermione gas )}{ ( èda lnT0,1 1 +c-ha = -sta à thefiendHsing = - we cand µof particle levelin fanumber :arerragesta 1^ E= [È FERMI DI RAC-+e2) bassa gas È'Èi( )IN tendac- =ha e-theandereIn series tofor be0convergente neesl <ne µ .'( )tenda 1= e-- particle levelofnumberAverage infa :sta 1 BOSE-EINSTEIN= Èe- e-3) bofh 2)If in the1) andcasaevpsnential team greaseris muchoabbaiathorn :neore ,tra BOLTZMANN= eThe ofequationF. of state perfectaaquantum gasThe Ilelmholtz quantumfree ofenergy ais bygiven :gas È N' ÈFaaszmann fermioniF ± += :mi"2g V

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Publisher
A.A. 2021-2022
114 pagine
SSD Scienze fisiche FIS/03 Fisica della materia

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher sergiosutti di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Solid State Physics e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Puppin Ezio.