İstatistiksel Mekanik I



Benzer belgeler
İstatistiksel Mekanik I

İstatistiksel Mekanik I

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

İÇİNDEKİLER 1: KRİSTALLERDE ATOMLAR...

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

MADDENİN SINIFLANDIRILMASI

ISI TRANSFER MEKANİZMALARI

Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı

ASTRONOMİ II 8. KONU: Tayfsal Sınıflama

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Tamila ANUTGAN 1

MOL KAVRAMI I. ÖRNEK 2

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

ALIfiTIRMALARIN ÇÖZÜMÜ

FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I

Elektrostatik Elektrik Alan Elektrik Akı Kondansatör. Kaynak : Serway-Beichner Bölüm 23, 24, 26

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri

RADYASYON FİZİĞİ 1. Prof. Dr. Kıvanç Kamburoğlu

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

Bugün için Okuma: Bölüm 1.5 (3. Baskıda 1.3), Bölüm 1.6 (3. Baskıda 1.4 )

Magnetic Materials. 7. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan.

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

ATOMİK YAPI VE ATOMLAR ARASI BAĞLAR. Aytekin Hitit

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Klasik Yaklaşımda Kanonik Dağılım I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017

İNSTAGRAM:kimyaci_glcn_hoca

KİMYA -ATOM MODELLERİ-

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

BÖLÜM 27 ÇOK ELEKTRONLU ATOMLAR

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

I. FOTOELEKTRON SPEKTROSKOPĠSĠ (PES) PES orbital enerjilerini doğrudan tayin edebilir. (Fotoelektrik etkisine benzer!)

Atomlar birleştiği zaman elektron dağılımındaki değişmelerin bir sonucu olarak kimyasal bağlar meydana gelir. Üç çeşit temel bağ vardır:

ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐSĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME

BÖLÜM 1: Matematiğe Genel Bakış 1. BÖLÜM:2 Fizik ve Ölçme 13. BÖLÜM 3: Bir Boyutta Hareket 20. BÖLÜM 4: Düzlemde Hareket 35

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ ATOM

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

ψ( x)e ikx dx, φ( k)e ikx dx ψ( x) = 1 2π θ açısında, dθ ince halka genişliğinin katı açısı: A. Fiziksel sabitler ve dönüşüm çarpanları

Element atomlarının atom ve kütle numaraları element sembolleri üzerinde gösterilebilir. Element atom numarası sembolün sol alt köşesine yazılır.

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Mekanizma ve etkileyen faktörler Difüzyon

MADDENİN HALLERİ KATI SIVI GAZ SEZEN DEMİR

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org

Moleküllerarası Etkileşimler, Sıvılar ve Katılar - 11

Geçen Derste. ρ için sınır şartları serinin bir yerde sona ermesini gerektirir Kuantum Fiziği Ders XXIII

ATOMUN YAPISI. Özhan ÇALIŞ. Bilgi İletişim ve Teknolojileri

hesaplama (Ders #16 dan devam) II. İstemli değişim ve serbest enerji III. Entropi IV. Oluşum serbest enerjisi

Gelin bugün bu yazıda ilkokul sıralarından beri bize öğretilen bilgilerden yeni bir şey keşfedelim, ya da ne demek istediğini daha iyi anlayalım.

Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fizik Bölümü Fizik II Dersi Birinci Arasınavı

1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır.

5.111 Ders Özeti #5. Ödev: Problem seti #2 (Oturum # 8 e kadar)

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II Bahar

Önerilen süre dakika (22 puan) dakika (16 puan) dakika (38 puan) 4. 9 dakika (24 puan) Toplam (100 puan) Ġsim

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması

PERİYODİK CETVEL. Yanıt : D. 3 Li : 1s2 2s 1 2. periyot 1A grubu. 16 S : 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 3.

Elementlerin büyük bir kısmı tabiatta saf hâlde bulunmaz. Çoğunlukla başka elementlerle bileşikler oluşturmuş şekilde bulunurlar.

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir.

Temel Elektrik Elektronik. Seri Paralel Devrelere Örnekler

da. Elektronlar düşük E seviyesinden daha yüksek E seviyesine inerken enerji soğurur.

İstatistiksel Mekanik I

T. C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ FİZİK EĞİTİMİ A. B. D. PROJE ÖDEVİ

KİMYASAL BAĞLAR İYONİK BAĞ KOVALANT BAĞ POLAR KOVALENT BAĞ APOLAR KOVALENT BAĞ

ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER

ELEMETLER VE BİLEŞİKLER ELEMENTLER VE SEMBOLLERİ

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR)

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Gazların sıcaklık,basınç ve enerji gibi makro özelliklerini molekül kütlesi, hızı ve sayısı gibi mikroskopik özelliklerine bağlar.

13. Ders Yarıiletkenlerin Optik Özellikleri

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 5. HAFTA

Nötr (yüksüz) bir için, çekirdekte kaç proton varsa çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde de o kadar elektron dolaşır.

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Bölüm 3. Maddenin Isıl Özellikleri ve TERMODİNAMİK. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

ELEMENTLERİN SEMBOLLERİ VE ATOM

SU Lise Yaz Okulu. Evrenin Başlangıcı ve Enflasyon Teorisi

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİNDE MALZEME

ELEKTRON DİZİLİMİ PAULİ DIŞLAMA İLKESİ:

GENEL KİMYA. 10. Hafta.

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

1 mol = 6, tane tanecik. Maddelerde tanecik olarak atom, molekül ve iyonlar olduğunda dolayı mol ü aşağıdaki şekillerde tanımlamak mümkündür.

FİZİK 2 ELEKTRİK VE MANYETİZMA Elektrik yükü Elektrik alanlar Gauss Yasası Elektriksel potansiyel Kondansatör ve dielektrik Akım ve direnç Doğru akım

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

BÖLÜM 2. FOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ (PV)

Transkript:

MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu 8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği 2007 Güz Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Şartları hakkında bilgi almak için http://ocw.mit.edu/terms ve http://tuba.acikders.org.tr sitesini ziyaret ediniz. Sayfa 1

8.333: İstatistiksel Mekanik I Problem Seti # 6 Son Tarih: 07/12/07 @ gece yarısı! İdeal Kuantum Gazları 1. Sayısal kestirimler: Aşağıdaki tablo bazı sistemlerde Fermi enerjisi ve Fermi sıcaklığı için tipik değerleri vermektedir: (i) Tipik bir metaldeki elektronlar, (ii) Ağır bir çekirdekteki nükleonlar ve (iii) Sıvı He içindeki He atomları (atomik hacim 46.2 /atom) elektron nükleon sıvı He (a) Tipik bir metalde, oda sıcaklığında elektron ve fonon ısı sığalarının oranını tahmin ediniz. (b) Oda sıcaklığındaki bir nötronun termal dalga boyu ile tipik bir kristaldeki bir fononun minimum dalga boyunu karşılaştırınız. (c) Oda sıcaklığı ve basıncındaki hidrojen, helyum ve oksijen gazları için yozlaşma ayırtacını,, tahmini hesaplayınız. Bu gazlar için hangi sıcaklıklarda kuantum mekaniksel etkiler önem kazanır? (d) He ile yapılan deneyler, 1K altındaki sıcaklıklarda ısı sığasının 20.4 K ile verildiğini göstermektedir. He ün düşük enerjili uyarım spektrumu yi bulunuz. (İpucu: Bu tarz uyarımların sadece bir yozlaşmamış dalı vardır.) 2. Güneşin içi: Astrofizik verilerine göre, güneşin merkezindeki plazma şu özelliklere sahiptir: Sıcaklık: 1.6 10 K Hidrojen yoğunluğu: 6 10 kg m Helyum yoğunluğu: 1 10 kg m. (a) Elektron, proton ve α-parçacıkları (He çekirdeği) için termal dalga boylarını elde ediniz. (b) Gazın ideal olduğunu varsayarak, elektron, proton veya α-parçacık gazlarının kuantum mekaniksel anlamda yozlaşmış olup olmadığını belirleyiniz. Sayfa 2

(c) Bu gaz parçacıklarının toplam basıncını, güneşin merkezi yakınlarında tahmini hesaplayınız. (d) Güneşin merkezi yakınlarındaki toplam ışıma basıncını tahmin ediniz. Güneşin kütleçekimsel çöküşünü önleyen, madde basıncı mıdır yoksa radyasyon basıncı mıdır? 3. Bir yarıiletkende eksiton ayrışması: Bir yarıiletken üzerine yoğun bir lazer ışını göndermek, yığında, elektron ( yüklü ve etkin kütleli) ve boşlukların ( yüklü ve etkin kütleli) yarıkararlı bir topluluğunu oluşturabilir. Zıt yüklü parçacıklar (bir hidrojen atomunda olduğu gibi) çiftlenerek bir eksiton gazı, veya ayrışıp bir plazma oluşturabilir. Bu işlemin çok daha basitleştirilmiş bir modelini inceleyeceğiz. (a) ve kütleli, etkileşmeyen klasik parçacıklar gibi ele alarak, sıcaklığında tane elektron ve tane boşluktan oluşan bir gazın serbest enerjisini hesaplayınız. (b) Bir eksiton oluşturan elektron boşluk çifti enerjisini kadar düşürür. [Hidrojen benzeri bir eksitonun bağlanma enerjisi, dielektrik sabiti ve iken, / 2 dir.] kütleli, etkileşmeyen klasik parçacıklar gibi ele alarak, tane eksitondan oluşan bir gazın serbest enerjisini hesaplayınız. (c) Elektron, boşluk ve eksiton durumlarının, sırasıyla,,, ve kimyasal potansiyellerini hesaplayınız. (d) Eksitonlar ve elektron/boşluklar arasındaki denge koşulunu, kimyasal potansiyelleri cinsinden ifade ediniz. (e) Yüksek bir sıcaklığında, eksitonların yoğunluğunu, uyarımların toplam yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak bulunuz. 4. Etkileşmeyen bozonlar: Kimyasal potansiyeli olan etkileşmeyen bozonların bir büyük kanonik topluluğunu düşünün. Tek parçacık durumları, bir dalga vektörü ile etiketlenmiştir ve enerjileri vardır. (a) Tek parçacık durumlarının bir doluluk sayıları kümesini bulmanın birleşik olasılığı, fügasiteler exp cinsinden nedir? (b) Belli bir için, karakteristik fonksiyon exp u hesaplayınız. (c) (b) şıkkının sonucunu kullanarak veya başka türlü, doluluk sayısı nun ortalama değer ve varyansının ifadelerini veriniz. (d) (c) şıkkındaki varyansı ortalama doluluk sayısı cinsinden ifade ediniz. Sayfa 3

(e) (a) şıkkındaki yanıtınızı. doluluk sayıları cinsinden ifade ediniz. (f) Bozonların olasılık dağılımının entropisini cinsinden hesaplayınız ve sıfır sıcaklık limiti üzerine yorum yapınız. 5. Grafin çifttabakası: Grafitin tabakaları farklı ayırma işlemleriyle soyulabilir. Bu tarz birçok işlem, karbon atomlarının tek yapraklarını, ve bunun yanında iki yaprağın zayıfça bağlandığı çifttabakaları oluşturur. Tek tabaka grafinin altıgen örgüsü, düşük enerjilerde, göreceli Dirac fermiyonlarına benzer şekilde 1 tabaka ile yaklaşık ifade edilebilen bir bant yapısına yolaçar. (Burada, bir örgü uzaklığı, ve tipik düzlem-içi hoplama enerjisidir.) Çifttabakanın iki yaprağı arasındaki zayıf bir hoplama enerjisi, düşük enerjili uyarımları önemli biçimde şöyle değiştirir, çifttabaka, yani kütleli Dirac fermiyonlarına benzetir. Spin yozlaşmasının yanında, birim hücre başına bu tip iki dal olduğundan toplam yozlaşma sayısı 4 tür. (a) Katkılanmamış, konum başına bir elektron içeren malzemede, sıfır sıcaklıkta tüm negatif enerjili durumlar dolu ve tüm pozitif enerjililer boştur. Kimyasal potansiyel yi hesaplayınız. (b) Bu sistemin ortalama uyarım enerjisinin sonlu sıcaklıklarda şunu sağladığını gösteriniz: 0 2. (c) Yukarıdaki integrali hesaplayarak, çifttabakanın uyarım enerjisi için kapalı biçimde bir yanıt veriniz. (d) Bu tip kütleli Dirac parçacıklarının ısı sığası yı hesaplayınız. (e) Bir örnek, eşit oranda tek ve çifttabaka grafin içermektedir. Daha düşük değerlerde elektronik ısı sığasında çifttabakaların baskın hale geldiği sıcaklığı (hoplama enerjileri cinsinden) tahmin ediniz. (f) Fononların (örgü titreşimleri) grafinin ısı sığasına katkısını niteliksel olarak açıklayınız. Grafitte tipik ses hızı 2 10 ms mertebesindedir. (Tek tabaka) grafinin düşük sıcaklık ısı sığasında fononun mu yoksa elektronun mu katkısı hakimdir? Sayfa 4

6. Nötron yıldızının çekirdeği: MIT den Profesör Rajagopal'ın grubu, nötron yıldızlarının çekirdeğinde QCD maddenin yeni bir fazının bulunabileceğini önerdi. Bu faz, düşük enerjili uyarımları yaklaşık aşağıdaki gibi olan, bir kuark yoğuşuğu gibi görülebilir, 2 Spinden gelen yozlaşma çarpanı 2 olmak üzere, bu uyarımlar fermiyoniktir. (a) civarında sabit bir durum yoğunluğu varsayarak, yani olmak üzere 4 alarak, sonlu sıcaklıkta bu sistemin ortalama uyarım enerjisinin şöyle olduğunu gösteriniz: 0 2 exp 1. (b) Yukarıdaki integrali hesaplayarak, uyarım enerjisi için kapalı biçimde bir yanıt veriniz. (c) Bu sistemin ısı sığası yi hesaplayınız ve düşük sıcaklıktaki davranışını yorumlayınız. 7. (İsteğe bağlı) d-boyutta Bose yoğuşması: Enerji spektrumu /2 olan, boyutta hacimli bir kutuya konmuş, etkileşmeyen (spinsiz) bozonların bir gazını düşünelim. (a) kimyasal potansiyelinde büyük potansiyel ln ve yoğunluk / yi hesaplayınız. Yanıtınızı ve cinsinden ifade ediniz, burada ve (İpucu: ln ifadesinde kısmi integral alımını kullanınız). (b) / oranını hesaplayınız ve klasik değeriyle karşılaştırınız. (c) Bose Einstein yoğuşması için kritik sıcaklık yi bulunuz. (d) için ısı sığası yi hesaplayınız. (e) Isı sığasını tüm sıcaklıklar için çiziniz. (f) Isı sığasının maksimum değerinin klasik limitine oranı, / yi bulunuz ve 3 için değerini bulunuz. (g) Yukarıda hesaplanan oran 2 limitinde nasıl davranır? Sonuçlarınız hangi boyutlarda geçerlidir? Açıklayınız. Sayfa 5

8. (İsteğe bağlı) 4 He'un donması: Düşük sıcaklıklarda, basınç uygulayarak sıvıdan katıya dönüştürülebilir. Faz sınırının ilginç bir özelliği, erime basıncının O deki değerinden, 20Nm kadar hafifçe düşerek 0.8 de minimum değer almasıdır. Bu özelliği açıklamak için 4 He ün sıvı ve katı fazlarının basit bir modelini kullanacağız. (a) Sıvı 4 He da 1K için önemli olan uyarımlar hızındaki fononlardır. Bu modların sıvının parçacık başına düşen ısı sığası l / ye katkısını hesaplayınız. (b) Katı 4 He da düşük sıcaklıkta parçacık başına ısı sığası / yi, boyuna ve enine ses hızları ve cinsinden hesaplayınız. (c) Yukarıdaki sonuçları kullanarak, tek bir ses hızı, parçacık başına yaklaşık eşit hacimler l varsayımlarıyla, entropi farkı l yi hesaplayınız. Hangi faz (katı veya sıvı) daha yüksek entropiye sahiptir? (d) Küçük bir hacim farkı l olduğunu varsayarak (sıcaklıktan bağımsız), erime eğrisinin biçimini hesaplayınız. Başta belirtilen anormalliği açıklamak için hangi fazın (katı veya sıvı) yoğunluğu daha yüksek olmalıdır? Sayfa 6