Statistička termodinamika sustava neovisnih čestica

Abstract

Termodinamika je znanstvena disciplina koja proučava makroskopske sustave u ravnoteži, izvodi zaključke o svojstvima tih sustava i o međusobnoj povezanosti svojstava sustava. Mikroskopski sustavi i fenomeni koji se događaju na mikro skali ne ulaze u područje interesa termodinamike. Takvi su sustavi predmet istraživanja kvantne mehanike. Tipična makroskopska svojstva su: unutarnja energija, entropija, toplinski kapaciteti, dielektrična konstanta, el. vodljivost. Navedena makroskopska svojstva materije ovise o mikroskopskim svojstvima čestica koje sačinjavaju materiju. Neka mikroskopska svojstva su: molekulska masa, molekulska geometrija, međumolekulske sile, unutarmolekulske sile. Povezanost makroskopskih i mikroskopskih svojstava sustava izučava statistička mehanika. Statistička termodinamika je poddisciplina statističke mehanike koja proučava sustave u termodinamičkoj ravnoteži. Zbog velikog broja molekula koje sačinjavaju realne sustave statistička termodinamika za izračun makroskopskih svojstava koristi metode statistike umjesto da uzima u obzir gibanje svake pojedine čestice. U ovom radu je razjašnjena teorijska osnova statističke termodinamike. Koristeći metodu kanonskog ansambla izvedena je kanonska particijska funkcija, a potom i sljedeće termodinamičke veličine: unutrašnja energija, tlak, entropija, odnosno iz njih izvedene veličine. Zatim je razmatran sustav koji čine neovisne čestice i izvedena je molekulska particijska funkcija, koja koristeći kanonske particijske funkcije povezuje termodinamička svojstva sustava s dostupnim kvantnim energijskim razinama. Dobivena termodinamička svojstva sustava su uspoređena s rezultatima fenomenološke termodinamike