Curso de física estadística/Colectividad macrocanónica/Partículas idénticas

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Aunque no podamos obtener la función de partición canónica

ZN(T,V,N)={nα}eβE({nα}),nα=N

si podemos obtener la macrocanónica.

Θ(z,V,μ)=N=0zN𝒵N(T,V,N),nα=N=N=0eβμN{nα}eβE({nα}),nα=N=N=0{nα}eβ(μNE({nα})),nα=N=N=0{nα}eβ(μαnααϵα),nα=N

donde las α hacen referencia a los estados energéticos. nα es el número de ocupación de un nivel energético, que dice cuántas partículas se encuentran en un determinado nivel energético y {nα} es el conjunto que contiene todos los números de ocupación (usado para hacer referencia a una dependencia genérica con los niveles de ocupación de todos los estados energéticos).


Θ(z,V,μ)=N=0{nα}eβαnα(μϵα),nα=N=N=0{nα}δ(Nαnα)eβαnα(μϵα),nα=N=N=0{nα}δ(Nαnα)eβαnα(μϵα)={nα}N=0δ(Nαnα)eβalphanα(μϵα)={nα}eβnαnα(μϵα)={nα}αeβnα(μϵα)

Y obtenemos finalmente que

Θ(z,V,μ)=α{nα}eβnα(μϵα)

En el caso de fermiones, los niveles de ocupación pueden valer 0 o 1.

ΘF(z,V,μ)=α{nα=0,1}eβnα(μϵα)=α[1+eβ(μϵα)]

En el caso de bosones, los niveles de ocupación pueden tomar cualquier valor. Podemos calcular la sumatoria con la serie geométrica si eβ(μϵα)<1:

ΘB(z,V,μ)=αnα=0eβnα(μϵα)=α[11eβ(μϵα)].

Podemos reunir los resultados en la forma compacta

Plantilla:Caja