L3. Cours d’introduction à la physique statistique
Description probabiliste d’un système physique
Le système isolé à l’équilibre
Les ensembles statistiques à l’équilibre
T p
Particules identiques en physique statistique
Gaz parfaits et gaz réels classiques
Quelques applications en chimie et en physico-chimie
Applications des statistiques quantiques
Le ferromagnétisme, une introduction aux transitions de phase
Description probabiliste d’un système physique
X X
X=X
k∈ E
k PX(k) (discret) ou X=ZE
x pX(x) dx(continu)
X
f(X) = X
k∈ E
f(k)PX(k) (discret) ou f(X) = ZE
f(x)pX(x) dx(continu)
σ2
X= (XX)2=X2X2(∆X)2
σX=qX2X2X
m σ
pX(x) = 1
2πσ2e(xm)2
2σ2=N(m,σ2)
∗ {X1,X2, . . . ,XN}
1
N
N
X
j=1
XjNX1
→ N 0,(∆X1)2lorsque N→ ∞.
p(n,N) = N
npnqNn
n!nnen2πn
ln n!nln nn
X
`
f(E`)Z
E0
f(E)ρ(E)dE
ρ(ε) = V
4π22m
~23/2
ε1/2
N ρ(E) = ANVN2m
~23N/2
E3N/21
`=V
N1/3
~
3mkT =¯
λ
Le système isolé à l’équilibre
A=X
`
P`A`= lim
τ→∞
1
τZτ
0
A(t)dt=hAi
S=k
M
X
m=1
Pmln Pm
P`=1
Ω(E,V,NE)EE`E+δE ,
0
Sm(E,V,N) = kln Ω(E,V,N)'kln ρ(E,V,N)'kln Φ(E,V,N)
dSm=1
TmdE+pm
TmdVµm
TmdN
y
P(y)'P(ey)e(yey)2
2(∆y)21
(∆y)2=1
k2s
y2E,V,N
(ey)
y
ey1
N
TA=TB
pA
TA
=pB
TB
µA
TA
=µB
TB
Les ensembles statistiques à l’équilibre
P`=1
ZeE`
kT P(E`) = 1
Zg(E`)eE`
kT
Z(T,V,N) = X
`
eE`
kT =X
E`
g(E`)eE`
kT
Z(T,V,N) = Z
E0
ρ(E,V,N)eE
kT dE
F=kT ln Z
E=
β ln Z=FTF
T V,N
(∆E)2=kT 2CV
Sc=EF
T=F
T V,N
dF=ScdTpcdV+µcdN
Z =1
hrZE
eβH({~rj, ~pj})d~rjd~pj1
N!
kT
2
E
P`=1
Qeβ(E`µN`)
Q(T,µ,V ) = X
`
eβ(E`µN`)
J=kT ln Q
N=J
µ T,V
N(∆N)2=kT N2
VχT
EµN =
β ln Q=JTJ
T µ,N
Sgc =EµN J
T=J
T µ,V
dJ=SgcdTNdµpgcdV
J=pgcV E +pgcVT Sgc =µN
T p
T p P`=1
Zeβ(E`+pV`)
T p Z(T,p,N) = X
`
eβ(E`+pV`)
G=kT ln Z
V=G
p T,N
E+pV =
β ln Z
T p Sgc =E+pV G
T=G
T p,N
T p dG=StpdT+Vdp+µtpdN
G(T,p,N) = Nµtp(T,p)ET Stp +pV =µtpN
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