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物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考|Applications with single-particle states

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统计力学statistical mechanics产生于经典热力学的发展,对该领域而言,它成功地解释了宏观物理特性–如温度、压力和热容量–以围绕平均值波动的微观参数和概率分布为特征。这建立了统计热力学和统计物理学的领域。

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物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考|Applications with single-particle states

物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考|Ideal gas

This section derives the fugacity expansion for the quantum ideal gas. This is a system in which the particles do not interact with each other, nor with any external potential. The purpose is to illustrate and to verify the permutation loop expansion, both for single-particle states, and for the classical phase space formulation.
4.1.1 Single-particle states
For ideal particles, the potential energy is zero, $U(\mathbf{r})=0$, and the energy operator is just the kinetic energy operator,
$$
\hat{\mathcal{H}}^{\mathrm{id}}(\mathbf{r})=\hat{\mathcal{K}}(\mathbf{r})=\frac{-\hbar^{2}}{2 m} \nabla^{2}=\frac{-\hbar^{2}}{2 m} \sum_{j=1}^{N} \nabla_{j}^{2}
$$
The energy eigenfunction equation is
$$
\hat{\mathcal{H}}^{\mathrm{id}}(\mathbf{r}) \zeta_{\mathrm{n}}(\mathbf{r})=\mathcal{H}{\mathrm{n}} \zeta{\mathrm{n}}(\mathbf{r})
$$

物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考|Occupancy of single-particle states

The independent harmonic oscillators analyzed in the preceding section belong to a general class of systems wherein the energy states are single-particle states. The occupancy statistics of such states has been analyzed by Pathria (1972, section 6.3), which treatment is largely followed here.

Equation (3.59) expresses the grand potential for single-particle state systems as a series of loop potentials. As mentioned above, following the analysis of singleparticle energy states in section 3.4.3, the loop grand potential, equation (3.58), is given by$$
-\beta \Omega_{l}^{\pm}=\frac{(\pm 1)^{l-1} z^{l}}{l} \sum_{n} e^{-\beta l_{n}} .
$$
Here $n$ labels a single-particle state, and $\varepsilon_{n}$ is its energy, which is the energy of a particle in that state. The fugacity is related to the chemical potential as $z=e^{\beta \mu}$. The grand potential itself is the sum of these loop potentials
$$
\begin{aligned}
-\beta \Omega^{\pm} &=\sum_{l=1}^{\infty} \frac{(\pm 1)^{l-1} z^{l}}{l} \sum_{n} e^{-l \beta \varepsilon_{n}} \
&=\mp \sum_{n} \ln \left[1 \mp z e^{-\beta \varepsilon_{n}}\right] .
\end{aligned}
$$
As derived in equation (4.26), the final equality is the expression for the grand potential of single-particle state systems more usually to be found in textbooks (Pathria 1972, section 6.2).

物理代写|统计力学作业代写STATISTICAL MECHANICS代考|Ideal fermions

The loop grand potential for ideal fermions, equation (4.8), is
$$
-\beta \Omega^{-,(l)}=(-1)^{l-1} g z^{l} V \Lambda^{-3} l^{-5 / 2}, \quad l \geqslant 1 .
$$
This result was derived by an integral over the energy (i.e., momentum) continuum for the ideal gas. As such it neglects the ground state contribution, (cf section 5.2). This is significant for bosons at low temperatures, where multiple, eventually most, bosons occupy the ground state. This is the phenomenon of Bose-Einstein condensation, which is treated in detail in chapter 5 in the context of the $\lambda$-transition in liquid helium.

Since no more than one fermion can occupy the same single-particle state (two for spin- $1 / 2$ particles, if we mean energy states), for them the ground state can never become dominant. Hence neglecting the ground state contribution, as in the derivation of the above expression, is of no significance formions.

This expression includes $g$, which is a weight factor for the internal configurations that have not been counted such as spin; it is often set equal to 2 for spin- $1 / 2$ particles (Pathria 1972, section 8.1). The pressure due to loops of size $l$ is $p^{-,(l)}=-\Omega^{-,(l)} / V$.
The average number of fermions in such loops is $\bar{N}^{-,(l)}=z\left(\partial\left(-\beta \Omega^{-,(l)}\right) / \partial z\right){T, V}$, which, as for bosons, is just $l$ times the loop grand potential itself, $$ \bar{N}^{-,(l)}=(-1)^{l-1} g z^{l} V \Lambda^{-3} l^{-3 / 2} $$ The loop energy for these ideal fermions is $$ \bar{E}^{-,(l)}=\left(\frac{\partial\left(\beta \Omega^{-,(l)}\right)}{\partial \beta}\right){V, z}=\frac{3}{2 \beta}(-1)^{l-1} g \Lambda^{-3} V z^{l} l^{-5 / 2} .
$$
As for all versions of the ideal gas, this is proportional to the loop pressure, $\bar{E}^{-,(l)}=2 p_{l}^{-} V / 3$.
Summing over all loops gives
$$
\beta p^{-}=g \Lambda^{-3} f_{5 / 2}(z),
$$
and
$$
\bar{N}^{-}=g \Lambda^{-3} V f_{3 / 2}(z) .
$$
Here the Fermi-Dirac integral is (Pathria 1972, appendix E)
$$
\begin{aligned}
f_{n}(z) &=\frac{1}{\Gamma(n)} \int_{0}^{\infty} \mathrm{d} x \frac{x^{n-1} z e^{-x}}{1+z e^{-x}} \
&=\sum_{l=1}^{\infty}(-1)^{l-1} z^{l} l^{-n}
\end{aligned}
$$

物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考|Applications with single-particle states

统计力学代考

物理代写|统计力学作业代写STATISTICAL MECHANICS代考|IDEAL GAS

本节推导量​​子理想气体的逸度展开。这是一个粒子不相互作用的系统,也不与任何外部电位相互作用。目的是说明和验证单粒子状态和经典相空间公式的置换环扩展。
4.1.1 单粒子态
对于理想粒子,势能为零,在(r)=0, 能量算子就是动能算子,
H^一世d(r)=ķ^(r)=−⁇22米∇2=−⁇22米∑j=1ñ∇j2
能量本征函数方程为
$$
\hat{\mathcal{H}}^{\mathrm{id}}r\zeta_{\mathrm {n}r= \ mathcal {H} {\ mathrm {n} z \ zeta {\ mathrm {n}r
$$

物理代写|统计力学作业代写STATISTICAL MECHANICS代考|OCCUPANCY OF SINGLE-PARTICLE STATES

上一节中分析的独立谐振子属于一类一般系统,其中能量状态是单粒子状态。Pathria 分析了这些州的入住率统计数据1972,s和C吨一世这n6.3,这里主要遵循哪种处理方式。

方程3.59将单粒子状态系统的巨大潜力表示为一系列环势。如前所述,根据 3.4.3 节中对单粒子能态的分析,循环大势,方程3.58, 是(谁)给的−bΩl±=(±1)l−1和ll∑n和−bln.
这里n标记单粒子状态,并且en是它的能量,也就是粒子在那个状态下的能量。逸度与化学势有关和=和bμ. 大势本身就是这些循环势的总和
−bΩ±=∑l=1∞(±1)l−1和ll∑n和−lben =∓∑nln⁡[1∓和和−ben].
由等式得出4.26,最终的等式是单粒子状态系统的巨大潜力的表达,更常见于教科书磷一种吨Hr一世一种1972,s和C吨一世这n6.2.

物理代写|统计力学作业代写STATISTICAL MECHANICS代考|IDEAL FERMIONS

理想费米子的回路大势,方程4.8, 是
−bΩ−,(l)=(−1)l−1G和l在Λ−3l−5/2,l⩾1.
这个结果是通过对能量的积分得出的一世.和.,米这米和n吨在米理想气体的连续体。因此它忽略了基态贡献,CFs和C吨一世这n5.2. 这对于低温下的玻色子来说意义重大,在低温下,多个,最终大多数玻色子占据基态。这就是玻色-爱因斯坦凝聚现象,在第 5 章的上下文中进行了详细讨论。λ- 液氦中的跃迁。

由于不超过一个费米子可以占据相同的单粒子状态吨在这F这rsp一世n−$1/2$p一种r吨一世Cl和s,一世F在和米和一种n和n和rG是s吨一种吨和s,对他们来说,基态永远不会占主导地位。因此,如上述表达式的推导,忽略基态贡献是没有意义的形式。

这个表达式包括G,这是尚未计算在内的内部配置的权重因子,例如自旋;它通常设置为等于 2 用于自旋1/2粒子磷一种吨Hr一世一种1972,s和C吨一世这n8.1. 尺寸环造成的压力l是p−,(l)=−Ω−,(l)/在.
此类循环中的平均费米子数为$\bar{N}^{-,(l)}=z\left(\partial\left(-\beta \Omega^{-,(l)}\right) / \partial z\right){T, V}$, which, as for bosons, is just $l$ times the loop grand potential itself, $$ \bar{N}^{-,(l)}=(-1)^{l-1} g z^{l} V \Lambda^{-3} l^{-3 / 2} $$ The loop energy for these ideal fermions is $$ \bar{E}^{-,(l)}=\left(\frac{\partial\left(\beta \Omega^{-,(l)}\right)}{\partial \beta}\right){V, z}=\frac{3}{2 \beta}(-1)^{l-1} g \Lambda^{-3} V z^{l} l^{-5 / 2} .
$$
As for all versions of the ideal gas, this is proportional to the loop pressure, $\bar{E}^{-,(l)}=2 p_{l}^{-} V / 3$.
Summing over all loops gives
$$
\beta p^{-}=g \Lambda^{-3} f_{5 / 2}(z),
$$
and
$$
\bar{N}^{-}=g \Lambda^{-3} V f_{3 / 2}(z) .
$$
Here the Fermi-Dirac integral is (Pathria 1972, appendix E)
$$
\begin{aligned}
f_{n}(z) &=\frac{1}{\Gamma(n)} \int_{0}^{\infty} \mathrm{d} x \frac{x^{n-1} z e^{-x}}{1+z e^{-x}} \
&=\sum_{l=1}^{\infty}(-1)^{l-1} z^{l} l^{-n}
\end{aligned}
$$

物理代写|统计力学作业代写statistical mechanics代考

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电磁学代考

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光学代考

光学(Optics),是物理学的分支,主要是研究光的现象、性质与应用,包括光与物质之间的相互作用、光学仪器的制作。光学通常研究红外线、紫外线及可见光的物理行为。因为光是电磁波,其它形式的电磁辐射,例如X射线、微波、电磁辐射及无线电波等等也具有类似光的特性。

大多数常见的光学现象都可以用经典电动力学理论来说明。但是,通常这全套理论很难实际应用,必需先假定简单模型。几何光学的模型最为容易使用。

相对论代考

上至高压线,下至发电机,只要用到电的地方就有相对论效应存在!相对论是关于时空和引力的理论,主要由爱因斯坦创立,相对论的提出给物理学带来了革命性的变化,被誉为现代物理性最伟大的基础理论。

流体力学代考

流体力学力学的一个分支。 主要研究在各种力的作用下流体本身的状态,以及流体和固体壁面、流体流体之间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。

随机过程代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其取值随着偶然因素的影响而改变。 例如,某商店在从时间t0到时间tK这段时间内接待顾客的人数,就是依赖于时间t的一组随机变量,即随机过程

Matlab代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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