經典/量子--微正則/正則/巨正則 系綜總結


    經典微正則系綜  經典正則系綜 經典巨正則系綜 
     研究對象 孤立系統 封閉系統  開放系統
配分函數   $Z(T,V,N)=\int_{\Gamma} e^{[-\beta \mathcal{H}(q,p)]}\frac{dqdp}{N!h^{3N}}$  $\widetilde{Z}(\beta,V,\mu)=\sum_{N>0} \int_{\Gamma} e^{[-\beta (\mathcal{H}-\mu N)]}\frac{dqdp}{N!h^{3N}}$
幾率密度  $\rho(E,V,N)=C,E \leq \mathcal{H}\leq E+\Delta E$  $\rho(T,V,N)=\frac{1}{Z}e^{[-\beta \mathcal{H}(q,p)]}$   $\rho(\beta,V,\mu)=\frac{1}{\widetilde{Z}}  e^{[-\beta (\mathcal{H}-\mu N)]}$
特征函數 $S=k_blnW(E,N,V)$  $F=-\frac{1}{\beta}lnZ(\beta,V,N)$  $\Omega=-\frac{1}{\beta}ln\widetilde{Z} (\beta,V,\mu)$

熱力學量

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宏觀微觀

熵$S$  $S=k_blnW$ $S=-k_B \bar{ln\rho}=k_B\beta^2\frac{\partial F}{\partial \beta}$   $S=-k_B \bar{ln\rho}=k_B\beta^2\frac{\partial \Omega}{\partial \beta}$   
能量$E$ $U=E$ $E=\bar{\mathcal{H}}=-\frac{\partial lnZ}{\partial \beta}$  $E=\bar{\mathcal{H}}=-\frac{\partial ln\widetilde{Z}}{\partial \beta}+\frac{\mu}{\beta}\frac{\partial ln\widetilde{Z}}{\partial \mu}$  
壓強$P$ $P=-(\frac{\partial E}{\partial V})_{S,N}$  $P=-\bar{(\frac{\partial \mathcal{H}}{\partial V})}=-\frac{\partial lnZ}{\partial \beta}$   $P=-\bar{(\frac{\partial \mathcal{H}}{\partial V})}=-\frac{\partial \Omega}{\partial V}$  
 化學勢$\mu$ $\mu=(\frac{\partial E}{\partial N})_{S,V}$   $\mu=(\frac{\partial F}{\partial N}_{\beta,V})$  
粒子數$N$     $\bar{N}=-\frac{\partial \Omega}{\partial \mu}$

 

    幾率密度 配分函數
經典 微正則  $\rho(E,V,N)=C,E \leq \mathcal{H}\leq E+\Delta E$ $C=\frac{1}{W}$
正則 $\rho(T,V,N)=\frac{1}{Z}e^{[-\beta \mathcal{H}(q,p)]}$ $Z(T,V,N)=\int_{\Gamma} e^{[-\beta \mathcal{H}(q,p)]}\frac{dqdp}{N!h^{3N}}$
巨正則 $\rho(E_k)=\frac{1}{\widetilde{Z}}  e^{[-\beta (\mathcal{H}-\mu N)]}$  $\widetilde{Z}(\beta,V,\mu)=\sum_{N>0} \int_{\Gamma} e^{[-\beta (\mathcal{H}-\mu N)]}\frac{dqdp}{N!h^{3N}}$
量子 微正則  $\rho(E_k)=C,E \leq E_k \leq E+\Delta E$ $C=\frac{1}{W}$
正則 $\rho(T,V,N)=\frac{1}{Z} e^{-\beta E_k}$ $Z(T,V,N)=\sum_k e^{-\beta E_k}$
巨正則 $\rho(T,V,\mu)=\frac{1}{\widetilde{Z}}  e^{-\beta (\widetilde{\mathcal{H}}-\mu \widetilde{N})}$  $\widetilde{Z}(T,V,\mu)=\sum_{N} e^{\beta \mu N}Z(V,N,T)$

 

常用計算:

\[lnN!=NlnN-N\]


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