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Ocupación de estados

Definition

Si se compara la ocupación de estados se obtiene que

- la distribución de Fermi-Direc (FD) disminuye con la energía por temperatura
- la distribución de Bose Einstein (BE) aumenta con la energía por temperatura
- la distribución de Maxwell-Boltzmann (MB) muestra un comportamiento intermedio
- ambas distribuciones de los gases cuanticos (FD, BE) convergen a alta energía por temperatura a la distribución de Maxwell Boltzmann

ID:(13508, 0)



Potencial químico en las tres distribuciones

Bild

En el caso del potencial químico se observa

- en la distribución de Fermi-Direc (FD) que decrece al aumentar la temperatura volviéndose negativo
- en la distribución de Bose Einstein (BE) que presenta el condensado (en que es cero) y de igual forma decrece con el aumento de la temperatura
- en la distribución de Maxwell-Boltzmann (MB) muestra un comportamiento intermedio
- ambas distribuciones de los gases cuanticos (FD, BE) convergen a alta energía por temperatura altas a la distribución de Maxwell Boltzmann

ID:(13509, 0)



Límites de Estadiísticas de Gases Cuanticos

Storyboard

Variablen

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten
$\alpha$
alpha
Alpha
-
$\beta$
beta
Beta
1/J
$\epsilon_r$
epsilon_r
Energía de la partícula en el estado $r$
J
$\epsilon_r$
epsilon_r
Energía del fermion en el estado $r$
J
$\alpha$
alpha
Factor alpha
-
$\beta$
beta
Factor beta
1/J
$Z_{BE/FD}$
Z_BEFD
Función partición de Bose-Einstein/Fermi-Dirac
-
$Z_{MB}$
Z_MB
Función partición de Maxwell-Boltzmann
-
$N$
N
Numero de partículas
-
$n_r$
n_r
Numero de partículas en el estado $r$
-

Berechnungen


Zuerst die Gleichung auswählen:   zu ,  dann die Variable auswählen:   zu 

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

 Variable   Gegeben   Berechnen   Ziel :   Gleichung   Zu verwenden



Gleichungen


Beispiele

En el caso de la distribuci n Maxwell Boltzmann la funci n partici n cl sica es\\n\\n

$Z_{MB}=\displaystyle\sum_{n_1,n_2,\ldots}\displaystyle\frac{N!}{n_1!n_2!\ldots}e^{-\beta(\epsilon_1+\epsilon_2+\ldots}$



con la condici n de que con list=3665

equation=3665\\n\\nSi observamos la funci n partici n notaremos que corresponde a una serie binomial por lo que\\n\\n

$Z_{MB}=(e^{-\beta\epsilon_1}+e^{-\beta\epsilon_2}+\ldots)^N$



por lo que con list

equation

El n mero de part culas en el estado r se puede calcular en el caso de bosones con list=3710 mediante

equation=3710



y en el caso de fermiones con list=3730 mediante

equation=3730



o sea en general con list

equation

Bei niedrigen Konzentrationen in N m ssen die Beitr ge jedes n_r gering sein, d. h.

n_r\ll 1


und deshalb

e^{\alpha+\beta\epsilon_r}\gg 1


In diesem Fall in

equation=3732

ergibt es

equation

Si se compara la ocupaci n de estados se obtiene que

- la distribuci n de Fermi-Direc (FD) disminuye con la energ a por temperatura
- la distribuci n de Bose Einstein (BE) aumenta con la energ a por temperatura
- la distribuci n de Maxwell-Boltzmann (MB) muestra un comportamiento intermedio
- ambas distribuciones de los gases cuanticos (FD, BE) convergen a alta energ a por temperatura a la distribuci n de Maxwell Boltzmann

image

Tanto para bosones como para fermiones el factor alfa debe ser elegido de modo que la suma del numero de part culas sobre todos los estados sea igual al numero total de part culas por lo que con list se tiene que

equation

Como el n mero de part culas por estado r es con list=3734

equation=3734



y la suma sobre todos los estados debe ser igual al n mero total N por lo que con list=3665

equation=3665



se obtiene que \alpha debe ser con list

equation

La funci n partici n para un gas de bosones es con list=3709 igual a

equation=3709



mientras que la del gas de fermiones es con list=3728 igual a

equation=3728



por lo que en general con list tiene la forma

equation

Con las funciones de particion del gas de bosones y fermiones en el limite cl sico es con list=3733

equation=3733



que con list=3734

equation=3734\\n\\nen la aproximaci n cl sica es\\n\\nn_r\ll 1,,e^{-\alpha-\beta\epsilon_r}\ll 1\\n\\nCon ello se puede desarrollar el logaritmo en serie de Taylor dando\\n \\n

$\ln Z_{BE/FD}\displaystyle\sim\alpha N\pm\displaystyle\sum_r(\pm e^{-\alpha-\beta\epsilon})=\alpha N+N$



Con la expresi n para \alpha con list=3735

equation=3735



se obtiene con list=3736

equation=3736\\n\\nque\\n\\n

$\ln Z_{BE/FD}=-N\ln N+N+\ln Z_{MB}$



Como con list=9590

equation=9590



se obtiene finalmente que con list es

equation

En el caso del potencial qu mico se observa

- en la distribuci n de Fermi-Direc (FD) que decrece al aumentar la temperatura volvi ndose negativo
- en la distribuci n de Bose Einstein (BE) que presenta el condensado (en que es cero) y de igual forma decrece con el aumento de la temperatura
- en la distribuci n de Maxwell-Boltzmann (MB) muestra un comportamiento intermedio
- ambas distribuciones de los gases cuanticos (FD, BE) convergen a alta energ a por temperatura altas a la distribuci n de Maxwell Boltzmann

image


>Modell

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