Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej"

Transkrypt

1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Rafał Topolnicki KNF Migacz Uniwersytet Wrocławski Wrocław, 27 maja 2010 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

2 Plan Plan Podstawy ekstensywnej termodynamiki, O potrzebie nowej statystyki, Uogólnienie statystyki BG zaproponowane przez Tsallisa, Uzasadnienia powyższego uogólnienia, q-funkcje, Wklęsłość i stabilność entropii, Związki z termodynamiką, q-niezmienniki, Zastosowania, Krytyka. Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

3 Termodynamika ekstensywna Co robimy? Opis układu składającego się z ogromnej ilości cząstek, Znamy dynamikę ale nie potrafimy jej rozwiązać, Nie znamy dynamiki i operujemy jedynie mierzalnymi wielkościami makroskopowymi Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

4 Termodynamika ekstensywna Wielkości ekstensywne i intensywne Wielkość ekstensywna Proporcjonalna do ilości substancji w układzie Wartość parametru dla całego układu równa jest sumie wartości tego parametru dla identycznych podukładów U(λS, λv, λn 1,... λn n ) = λu(s, V, N 1,... N n ) Wielkość intensywna Niezależna od ilości substancji w układzie Wartość parametru dla całego układu jest równa wartości dla dowolnego z identycznych podukładów T (λs, λv, λn 1,... λn n ) = T (S, V, N 1,... N n ) Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

5 Termodynamika ekstensywna Wielkości ekstensywne i intensywne Wielkość ekstensywna Proporcjonalna do ilości substancji w układzie Wartość parametru dla całego układu równa jest sumie wartości tego parametru dla identycznych podukładów U(λS, λv, λn 1,... λn n ) = λu(s, V, N 1,... N n ) Wielkość intensywna Niezależna od ilości substancji w układzie Wartość parametru dla całego układu jest równa wartości dla dowolnego z identycznych podukładów T (λs, λv, λn 1,... λn n ) = T (S, V, N 1,... N n ) Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

6 Termodynamika ekstensywna Postulaty Postulat istnienia stanu równowagi termodynamicznej, Postulat addytywności Energia układu jest sumą energii jego części składowych, Postulat istnienia temperatury, I Zasada Termodynamiki II Zasada Termodynamiki III Zasada Termodynamiki, U = Q + W S 0 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

7 Termodynamika ekstensywna Postulaty Postulat istnienia stanu równowagi termodynamicznej, Postulat addytywności Energia układu jest sumą energii jego części składowych, Postulat istnienia temperatury, I Zasada Termodynamiki II Zasada Termodynamiki III Zasada Termodynamiki, U = Q + W S 0 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

8 Termodynamika ekstensywna Wniosek: Perpetum Mobile nie istnieje Robert Fludd (1618) water screw Leonardo da Vinci Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

9 Termodynamika ekstensywna Równanie fundamentalne S = S(U, V, N 1,..., N n ) U = U(S, V, N 1,..., N n ) Wyprowadzamy parametry intensywne jako pochodne parametrów ekstensywnych du = ( U S ) V,N 1,...,N n ds + ( U V ( ) U ( S ) U ( V ) U ) S,N 1,...,N n dv + V,N 1,...,N n S,N 1,...,N n = T = p n ( U i=0 N i ) S,V,N 1,...,N n dn i N i S,V,N 1,...,N n = µ i Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

10 Termodynamika ekstensywna Równanie fundamentalne S = S(U, V, N 1,..., N n ) U = U(S, V, N 1,..., N n ) Wyprowadzamy parametry intensywne jako pochodne parametrów ekstensywnych du = ( U S ) V,N 1,...,N n ds + ( U V ( ) U ( S ) U ( V ) U ) S,N 1,...,N n dv + V,N 1,...,N n S,N 1,...,N n = T = p n ( U i=0 N i ) S,V,N 1,...,N n dn i N i S,V,N 1,...,N n = µ i Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

11 Termodynamika ekstensywna Potencjały termodynamiczne Ogólny związek: Y = Y (X 0, X 1,..., X n ) Transformata Legendre a: Θ = Y k X k Y X k F S T F = U T S S = F T, p = F V, µ i = F N i H V p H = U + pv T = H S, V = H p, µ i = H N i Ξ (A) S T, N µ Ξ = U T S + µn S = Ξ T, p = Ξ V, N i = Ξ µ i G S T, V p G = U + pv T S S = G T, V = G p, µ i = G N i Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

12 Termodynamika ekstensywna Rozważania a la Boltzmann-Gibbs 6N wymiarowa przestrzeń (q 1, q 2,..., q 3N, p 1, p 2,... p 3N ), obszar przestrzeni fazowej o objętości W, S = k ln W Entropia wprowadzona jako miara ruchu molekularnego - wyraża go w sposób kolektywny. W W S BG = k p i ln p i, p i = 1 i=1 i=1 Pytanie Czy w podobny sposób można opisać system, który porusza się tendencyjnie w przestrzeni fazowej? Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

13 Termodynamika ekstensywna Rozważania a la Boltzmann-Gibbs 6N wymiarowa przestrzeń (q 1, q 2,..., q 3N, p 1, p 2,... p 3N ), obszar przestrzeni fazowej o objętości W, S = k ln W Entropia wprowadzona jako miara ruchu molekularnego - wyraża go w sposób kolektywny. W W S BG = k p i ln p i, p i = 1 i=1 i=1 Pytanie Czy w podobny sposób można opisać system, który porusza się tendencyjnie w przestrzeni fazowej? Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

14 Termodynamika ekstensywna Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

15 Termodynamika ekstensywna Rozkład Boltzmanna Szczególny przypadek E 1 E. Prawdopodobieństwo, że układ A 1 znajduje się w stanie o energii E 1 ( ) S P (E 1 ) = C 1 W 1 (E 1 )W 2 (E E 1 ), W = exp ( ) S2 (E E 1 ) W 2 (E E 1 ) = exp S 2 (E) S 2 (E E 1 ) = S 2 (E) E 1 E +... S 2(E) E 1 T ( ) ( S2 (E E 1 ) S2 W 2 (E E 1 ) = exp = exp E ) 1 = C 2 exp( βe 1 ) k B k B T k B P (E 1 ) = C W (E 1 ) }{{} =1 P i = 1, i k B exp( βe 1 ) = C exp( βe 1 ) Z = i exp( βe i ) k B Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

16 Termodynamika ekstensywna Rozkład Boltzmanna Szczególny przypadek E 1 E. Prawdopodobieństwo, że układ A 1 znajduje się w stanie o energii E 1 ( ) S P (E 1 ) = C 1 W 1 (E 1 )W 2 (E E 1 ), W = exp ( ) S2 (E E 1 ) W 2 (E E 1 ) = exp S 2 (E) S 2 (E E 1 ) = S 2 (E) E 1 E +... S 2(E) E 1 T ( ) ( S2 (E E 1 ) S2 W 2 (E E 1 ) = exp = exp E ) 1 = C 2 exp( βe 1 ) k B k B T k B P (E 1 ) = C W (E 1 ) }{{} =1 P i = 1, i k B exp( βe 1 ) = C exp( βe 1 ) Z = i exp( βe i ) k B Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

17 Termodynamika ekstensywna Zespół kanoniczny (E const, N = const) E = 1 Z Z E = ln Z β F = k B T ln Z Zespół wielki kanoniczny (E const, N const) P i = C exp ( β(e 1 N 1 µ)), Z G = i exp ( β(e 1 N 1 µ)) Ξ = k B T ln Z G Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

18 Termodynamika ekstensywna Zespół kanoniczny (E const, N = const) E = 1 Z Z E = ln Z β F = k B T ln Z Zespół wielki kanoniczny (E const, N const) P i = C exp ( β(e 1 N 1 µ)), Z G = i exp ( β(e 1 N 1 µ)) Ξ = k B T ln Z G Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

19 Koncepcja rynku Hayeka Proste zastosowanie w ekonomii N agentów między których rozdajemy E zasobów, E = const, N = const zespół mikrokanoniczny, ogromna liczba możliwości rozłożenia dóbr, postulat równego a priori prawdopodobieństwa Podobieństwa E Energia Zasoby, Dobra Eks. T Temp. Temp. Int. Określa stan równowagi S Entropia Entropia Eks. Określa kierunkowość N Ilość cząstek Ilość agentów Eks. fizyka 10 23, ekonomia 10 5 Maszyna cieplna Ingerencja w rynek handel znaczą ilością dóbr Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

20 Koncepcja rynku Hayeka Proste zastosowanie w ekonomii N agentów między których rozdajemy E zasobów, E = const, N = const zespół mikrokanoniczny, ogromna liczba możliwości rozłożenia dóbr, postulat równego a priori prawdopodobieństwa Podobieństwa E Energia Zasoby, Dobra Eks. T Temp. Temp. Int. Określa stan równowagi S Entropia Entropia Eks. Określa kierunkowość N Ilość cząstek Ilość agentów Eks. fizyka 10 23, ekonomia 10 5 Maszyna cieplna Ingerencja w rynek handel znaczą ilością dóbr Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

21 Proste zastosowanie w ekonomii Rynek wolny vs spinowy Wolny: Brak maksymalnych dochodów, Sens temperatury E = 0 Ee E/T de 0 e E/T de = T brak inwersji obsadzeń, Spinowy: L spośród N agentów ma dochód A, reszta dochód 0, liczba mikrostanów ( N L), gdy L > N/2 T < 0, inwersja obsadzeń, uwalnia swoją energię przy kontakcie z układem o T > 0 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

22 Proste zastosowanie w ekonomii Rynek wolny vs spinowy Wolny: Brak maksymalnych dochodów, Sens temperatury E = 0 Ee E/T de 0 e E/T de = T brak inwersji obsadzeń, Spinowy: L spośród N agentów ma dochód A, reszta dochód 0, liczba mikrostanów ( N L), gdy L > N/2 T < 0, inwersja obsadzeń, uwalnia swoją energię przy kontakcie z układem o T > 0 Rynki w kontakcie Entropia rośnie! Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

23 O potrzebie nieekstensywności Motywacja W naturze występują nie tylko rozkłady Gaussowskie. Rozkłady potęgowe: rozkład wielkości fragmentów na które pęka szklanka/lustro, prawo Zipfa, globalny terroryzm, długość schodzących lawin, skalowania allometryczne np. długość życia od wielkości mózgu, rozkład trzęsień ziemi, wielkości miast... Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

24 O potrzebie nieekstensywności Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

25 Entropia Tsallisa Uogólnienie zaproponowane przez Tsallisa S q = k 1 W i=1 pq i q 1 (q R) [S q = k 1 Trρq q 1 ] Tak zdefiniowana entropia osiąga ekstremum dla p i = 1/W, i Dalej przymujemy k = 1. Dla niezależnych układów A i B: S q = k W 1 q 1 1 q S q (A + B) = S q (A) + S q (B) + (1 q)s q (A)S q (B) q > 1 zdarzenia o małym p są faworyzowane subextensivity q < 1 zdarzenia o dużym p są faworyzowane superextensivity q = 1 nietendencyjna entropia BG Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

26 Entropia Tsallisa Uogólnienie zaproponowane przez Tsallisa S q = k 1 W i=1 pq i q 1 (q R) [S q = k 1 Trρq q 1 ] Tak zdefiniowana entropia osiąga ekstremum dla p i = 1/W, i Dalej przymujemy k = 1. Dla niezależnych układów A i B: S q = k W 1 q 1 1 q S q (A + B) = S q (A) + S q (B) + (1 q)s q (A)S q (B) q > 1 zdarzenia o małym p są faworyzowane subextensivity q < 1 zdarzenia o dużym p są faworyzowane superextensivity q = 1 nietendencyjna entropia BG Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

27 Entropia Tsallisa Uogólnienie zaproponowane przez Tsallisa Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

28 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 1. Formalizm równań różniczkowych Przyjmujemy warunek początkowy: y(0) = 1 Najprostszy przypadek trudność++ Uogólnienie powyższych przypadków dy dx = 0 y = 1 dy dx = 1 y = x + 1 dy dx = y y = ex, y 1 = ln x }{{} S=k ln W dy dx = a + by dy dx = yq 2 parametry 1 parametr Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

29 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 1. Formalizm równań różniczkowych Przyjmujemy warunek początkowy: y(0) = 1 e x q 1 1 q y = [1 + (1 q)x] e x 1 = e x (x R, q R) ln q x x1 q 1 1 q ln 1 x = ln x (x R +, q R) q-logarytm jest psudo(q-)addytywny ln q (xy) = ln q x + ln q y + (1 q) ln q x ln q y (Ogólnie x q y x + y + (1 q)xy, x q y [ x 1 q + y 1 q 1 ] 1 1 q ) S q = ln q W Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

30 Entropia Tsallisa q-eksponenta Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

31 Entropia Tsallisa q-eksponenta Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

32 Entropia Tsallisa Właściwości q-funkcji x, q W granicy q 1 odtwarzając exp x i ln x e x 1 lim q 1+ ex q = lim q 1 ex q = e x Odwrotność: ( ln 1 x lim q 1+ ln q x = lim q 1 ln q x = ln x e qx 1/q e ln q x q ) 1/q = 1 e x q = ln q e x q = x, 1 q ln 1/q (1/x q ) = ln q x e x q e y q = e x+y+(1 q)xy q, ln q (xy) = ln q x + ln q y + (1 q) ln q x ln q y d dx ex q = (e x q ) q, d dx ln q x = 1 x q Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

33 Entropia Tsallisa Rozwinięcia w szereg e x = n=0 x n n!, e x q = n=0 1 n! [ n 1 i=1 (iq i + 1) ] x n ln(x + 1) = i=1 ( 1) n+1 x n, ln q (x + 1) = n! i=1 ( 1) n+1 n! [ n 2 ] (q + i) i=0 x n Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

34 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 2. Wartość średnia Dla dowolnej wielkości fizycznej A definiujemy wartość q-średnią: Nieunormowana: W A q p q i A i Unormowana: A q i=1 W i=1 pq i A i W i=1 pq i S BG = ln 1 p i S q = ln q p i q = ln q 1 p i 1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

35 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 2. Wartość średnia Dla dowolnej wielkości fizycznej A definiujemy wartość q-średnią: Nieunormowana: W A q p q i A i Unormowana: A q i=1 W i=1 pq i A i W i=1 pq i S BG = ln 1 p i S q = ln q p i q = ln q 1 p i 1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

36 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 3 Oryginalne z 1988 roku. Niech 0 < p i < 1, q > 0. Zmiana zmiennych p i p q i. Entropia jest niezmiennicza na permutacje. S q ({p i }) = f( W i=1 pq i ). S q ({p i }) = A + B Dla przypadku p i = δ ij chcemy aby było S q = 0 Dla q 1 chcemy S q S BG S q ({p i }) = A ( S 1 = A(q 1) }{{} 1 1 W i=1 W i=1 p q i p q i ) W p i ln p i i=1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

37 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 3 Oryginalne z 1988 roku. Niech 0 < p i < 1, q > 0. Zmiana zmiennych p i p q i. Entropia jest niezmiennicza na permutacje. S q ({p i }) = f( W i=1 pq i ). S q ({p i }) = A + B Dla przypadku p i = δ ij chcemy aby było S q = 0 Dla q 1 chcemy S q S BG S q ({p i }) = A ( S 1 = A(q 1) }{{} 1 1 W i=1 W i=1 p q i p q i ) W p i ln p i i=1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

38 Entropia Tsallisa Uzasadnienie 4 Entropia BG spełnia relację: S BG = [ d dx W i=1 p x i ] x=1 Uogólniony operator D q f(x) f(qx) f(x) qx x Entropia Tsallisa spełenia analogiczne równanie [ S q = D q W p x i ] i=1 x=1 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

39 Właściwości Wklęsłość S BG jest wklęsła. S q jest wklęsła dla q > 0 i wypukła dla q < 0. {p i } W i=1, {p i} W i=1 p i λp i + (1 λ)p i (0 < λ < 1) S q ({p i }) λs q ({p i }) + (1 λ)s q ({p i}) Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

40 Właściwości Stabilność Dla S BG wklęsłość stabilność. S q jest stabilna dla wszystkich rozkładów {p i } W i=1 i q > 0 W d(p i, p i) p i p i < δ Względna wariancja Jeśli zachodzi i=1 (W, δ) = S({p i}) S({p i }) sup[s({p i })] ε > 0 δ ε > 0 : d(p, p ) < δ ε (W, δ ε ) < ε to mówimy, że S jest stabilna. Równoważnie: lim ε 0 lim (W, δ) = lim W lim (W, δ) = 0 W ε 0 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

41 Inne formy entropii Inne możliwości wzór eksten. wklęsłość ( q > 0) stabilność ( q > 0) BG p i ln p i TAK TAK TAK Tsallis S q = 1 p q i q 1 NIE TAK TAK Renyi Sq R = ln p q i 1 q normalized Sq N = S q p q i TAK NIE NIE NIE NIE NIE Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

42 Związek z termodynamiką Związek z termodynamiką Dla statystyki BG przy warunkach W i=1 p i = 1 oraz E i = U otrzymujemy rozkład Boltzmanna p i = 1 W Z e βe i, Z = e βe j Można otrzymać analogiczny związek wielkości termodynamicznych z wielkościami mikroskopowymi. Algorytm postępowania jest podobny. j=1 p i = 1 Zq e β qe i q, Zq = W j=1 e β qe j q β q = β q 1 + (1 q)β q U q, β q = β W j=1 pq j Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

43 Związek z termodynamiką Związek z termodynamiką Struktura transformacji Legendrea w termodynamice jest q-niezmiennicza (F, Ξ, H). 1 T = S q U q Podobnie energia swobodna i jej związek z fizyką statystyczną F q = U q T S q = 1 β ln q Z q U q = β ln q Z q Wielkości mierzalne, takie jak ciepło też zachowują się przyzwoicie: C q = T S q T = U q T = T 2 F q T 2 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

44 Niezmienniczość Niezmienniczość Wprowadzenie q-funkcji nie zmienia podstawowych relacji: twierdzenie H q q ds q 0 dt druga zasada termodynamiki. entropia osiąga maksimum dla q > 0 (wklęsłość) i minimum dla q < 0 (wypukłość) twierdzenie Ehrenfesta q d Ô q dt współczynniki kinetyczne w teorii Onsagera = i [Ĥ, Ô] q q L jk = L kj Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

45 Niezmienniczość Niezmienniczość faktoryzowanie się funkcji podobieństwa (likelihood) dla niezależnych układów A i B W q ({p i }) e S q({p i }) q q W q (A + B) = W q (A)W q (B) Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

46 Zastosowania Prawo Zipfa-Mandelbrota c = Ar ξ (A > 0, ξ > 0, ξ 1) Uogólnienie zaproponowane przez Mandelbrota Korpus Słownika Frekwencyjnego Polszczyzny Współczesnej c = A(D + r) ξ (D > 0) można otrzymać używając S q c ξ = 1 q 1 1 [1 + (q 1)r/d] ξ gdzie d = (q 1)D > 0 Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

47 Zastosowania Rozkład wielkości miast N(x)dx = r(x) = x b (c + x) α dx N(y)dy N(x) = N 0 exp q (ax) = N 0 [1 (1 q )ax] 1/(1 q ) gdzie N 0 = bc α, a = α/c, q = 1 + 1/α [ r(x) = r q ] 1/(1 q) ax q gdzie r 0 = N 0 q/a, q = 1/(2 q ) Dopasowanie dla q = 1.7, r 0 = 2919, a = Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

48 Krytyka Krytyka Dodatkowy parametr lepsze dopasowanie, Brak uzasadnienia teoretycznego i fizycznego dla postaci q-średniej i A q = pq i A i i pq i Brak doświadczalnych dowodów na poprawność rozkładu energii, Statystyka Tsallisa używana ochoczo do wszystkich rozkładów ciężko-ogonowych Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

49 Zastosowania Zastosowania Zastosowania w fizyce rozkład prędkości galaktyk spiralnych, nadprzewodnictwo wysoko temperaturowe, kondensat Bosego-Einsteina,... Zastosowania w ekonomii Modele oceny ryzyka w handlu - parametr q odzwierciedla postawę operatorów pod wpływem ryzyka Wycena opcji - równanie Black-Scholesa Zastosowania w chemii, biologii, lingwistyce, medycynie, geofizyce, informatyce, naukach społecznych... Patrz: [1], [2] Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

50 Literatura Literatura 1 Nonextensive Entropy - Interdisciplinary Applications Eds. M. Gell-Mann and C. Tsallis, Oxford University Press (2004) 2 Nonextensive Statistical Mechanics and Its Applications Eds. S. Abe and Y. Okamoto, Springer (2001) 3 Europhysicsnews vol. 36 no. 6 (2005) 4 q-exponential Distribution in Urban Agglomeration, Malacarne L.C, Phys. Rev. E 65 (2001) 5 The thermodynamic approach to market, Victor Sergeev, arxiv: v1 6 Mechanika Statystyczna, Kerson Huang, PWN (1987) 7 Cosma Rohilla Shalizi Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

51 Zakończenie Dziękuję za uwagę Od termodynamiki klasycznej do nieekstensywnej Wrocław, 27 maja / 36

Elementy termodynamiki

Elementy termodynamiki Elementy termodynamiki Katarzyna Sznajd-Weron Katedra Fizyki Teoretycznej Politechnika Wrocławska 5 stycznia 2019 Katarzyna Sznajd-Weron (K4) Wstęp do Fizyki Statystycznej 5 stycznia 2019 1 / 27 Wielkości

Bardziej szczegółowo

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych Katarzyna Sznajd-Weron Wielkości makroskopowe - termodynamika Termodynamika - metoda fenomenologiczna Fenomenologia w fizyce: widzimy jak

Bardziej szczegółowo

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron Zagadka na początek wykładu Diagram fazowy wody w powiększeniu, problem metastabilności aktualny (Nature, 2011) Niższa temperatura topnienia

Bardziej szczegółowo

Elementy termodynamiki

Elementy termodynamiki Elementy termodynamiki Katarzyna Sznajd-Weron Katedra Fizyki Teoretycznej Politechnika Wrocławska 11 marca 2019 Katarzyna Sznajd-Weron (K4) Wstęp do Fizyki Statystycznej 11 marca 2019 1 / 37 Dwa poziomy

Bardziej szczegółowo

Wykład 8 i 9. Hipoteza ergodyczna, rozkład mikrokanoniczny, wzór Boltzmanna

Wykład 8 i 9. Hipoteza ergodyczna, rozkład mikrokanoniczny, wzór Boltzmanna Wykład 8 i 9 Hipoteza ergodyczna, rozkład mikrokanoniczny, wzór Boltzmanna dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 1 stycznia 2017 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW)

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna Potencjały termodynamiczne i warunki równowagi Geometria Drugiej Zasady Termodynamiki

Fizyka statystyczna Potencjały termodynamiczne i warunki równowagi Geometria Drugiej Zasady Termodynamiki Fizyka statystyczna Potencjały termodynamiczne i warunki równowagi Geometria Drugiej Zasady Termodynamiki P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2016 Energia wewnętrzna jako funkcja jednorodna

Bardziej szczegółowo

Wielki rozkład kanoniczny

Wielki rozkład kanoniczny , granica termodynamiczna i przejścia fazowe Instytut Fizyki 2015 Podukład otwarty Podukład otwarty S opisywany układ + rezerwuar R Podukład otwarty S opisywany układ + rezerwuar R układ S + R jest izolowany

Bardziej szczegółowo

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany FIZYKA STATYSTYCZNA W ramach fizyki statystycznej przyjmuje się, że każde ciało składa się z dużej liczby bardzo małych cząstek, nazywanych cząsteczkami. Cząsteczki te znajdują się w ciągłym chaotycznym

Bardziej szczegółowo

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA Przedmiotem badań są własności układów makroskopowych w zaleŝności od temperatury. Układ makroskopowy Np. 1 mol substancji - tyle składników ile w 12 gramach węgla C 12 N

Bardziej szczegółowo

Układy statystyczne. Jacek Jurkowski, Fizyka Statystyczna. Instytut Fizyki

Układy statystyczne. Jacek Jurkowski, Fizyka Statystyczna. Instytut Fizyki Instytut Fizyki 2015 Stany mikroskopowe i makroskopowe w układzie wielopoziomowym Stany mikroskopowe i makroskopowe w układzie wielopoziomowym N rozróżnialnych cząstek, z których każda może mieć energię

Bardziej szczegółowo

Wykład 12. Rozkład wielki kanoniczny i statystyki kwantowe

Wykład 12. Rozkład wielki kanoniczny i statystyki kwantowe Wykład 12 Rozkład wielki kanoniczny i statystyki kwantowe dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 1 stycznia 2017 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW) Wykład: Elementy

Bardziej szczegółowo

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w FIZYKA STATYSTYCZNA W ramach fizyki statystycznej przyjmuje się, że każde ciało składa się z dużej liczby bardzo małych cząstek, nazywanych cząsteczkami. Cząsteczki te znajdują się w ciągłym chaotycznym

Bardziej szczegółowo

4 Przekształcenia pochodnych termodynamicznych

4 Przekształcenia pochodnych termodynamicznych 4 Przekształcenia pochodnych termodynamicznych 4.1 Relacje Maxwella Pierwsza zasada termodynamiki może być zapisana w postaci niezależnej od reprezentacji jako warunek znikania formy Pfaffa: Stąd musi

Bardziej szczegółowo

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne Wykład 3 Entropia i potencjały termodynamiczne dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 1 stycznia 2017 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW) Wykład: Elementy fizyki statystycznej

Bardziej szczegółowo

Fizyka Statystyczna 1

Fizyka Statystyczna 1 Uniwersytet Wrocławski Instytut Fizyki Teoretycznej Katarzyna Weron Fizyka Statystyczna 1 Skrypt dla studentów Wrocław, maj 2010 2 Spis treści 1 Elementy termodynamiki 1 1.1 Wielkości termodynamiczne..........................

Bardziej szczegółowo

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Związek pomiędzy równaniem

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna, elementy termodynamiki nierównowagowej Cele, zakres zagadnień

Fizyka statystyczna, elementy termodynamiki nierównowagowej Cele, zakres zagadnień Fizyka statystyczna, elementy termodynamiki nierównowagowej Cele, zakres zagadnień Narzędzia przypomnienie podstawowych definicji i twierdzeń z rachunku prawdopodobienstwa; podstawowe rozkłady statystyczne

Bardziej szczegółowo

Teoria kinetyczno cząsteczkowa

Teoria kinetyczno cząsteczkowa Teoria kinetyczno cząsteczkowa Założenie Gaz składa się z wielkiej liczby cząstek znajdujących się w ciągłym, chaotycznym ruchu i doznających zderzeń (dwucząstkowych) Cel: Wyprowadzić obserwowane (makroskopowe)

Bardziej szczegółowo

TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA

TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA Lech Longa pok. D.2.49, II piętro, sektor D Zakład Fizyki Statystycznej e-mail: lech.longa@uj.edu.pl Dyżury: poniedziałki 14-15.50 można się umówić wysyłając e-maila

Bardziej szczegółowo

Wzór Maclaurina. Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = x k + f (n) (θx) x n.

Wzór Maclaurina. Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = x k + f (n) (θx) x n. Wzór Maclaurina Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = n 1 k=0 f (k) (0) k! x k + f (n) (θx) x n. n! Wzór Maclaurina Przykład. Niech f (x) =

Bardziej szczegółowo

Wykład 14. Termodynamika gazu fotnonowego

Wykład 14. Termodynamika gazu fotnonowego Wykład 14 Termodynamika gazu fotnonowego dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 16 stycznia 217 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW) Wykład: Elementy fizyki statystycznej

Bardziej szczegółowo

Klasyczna mechanika statystyczna Gibbsa I

Klasyczna mechanika statystyczna Gibbsa I Wykład III Mechanika statystyczna Klasyczna mechanika statystyczna Gibbsa I Wstępne uwagi Materia nas otaczająca, w szczególności gazy będące centralnym obiektem naszego zainteresowania, zbudowane są z

Bardziej szczegółowo

TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA

TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA Lech Longa pok. D.2.49, II piętro, sektor D Zakład Fizyki Statystycznej e-mail: lech.longa@uj.edu.pl Dyżury: poniedziałki 13-14 można się umówić wysyłając e-maila 1

Bardziej szczegółowo

Krótki przegląd termodynamiki

Krótki przegląd termodynamiki Wykład I Przejścia fazowe 1 Krótki przegląd termodynamiki Termodynamika fenomenologiczna oferuje makroskopowy opis układów statystycznych w stanie równowagi termodynamicznej bądź w stanach jemu bliskich.

Bardziej szczegółowo

Politechnika Wrocławska Katedra Fizyki Teoretycznej. Katarzyna Sznajd-Weron. Fizyka Statystyczna

Politechnika Wrocławska Katedra Fizyki Teoretycznej. Katarzyna Sznajd-Weron. Fizyka Statystyczna Politechnika Wrocławska Katedra Fizyki Teoretycznej Katarzyna Sznajd-Weron Fizyka Statystyczna Skrypt dla studentów Wrocław 2016 2 Spis treści 1 Elementy termodynamiki 1 1.1 Wielkości termodynamiczne..........................

Bardziej szczegółowo

Materiały do ćwiczeń z matematyki. 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej

Materiały do ćwiczeń z matematyki. 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej Materiały do ćwiczeń z matematyki Kierunek: chemia Specjalność: podstawowa 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej 3.1 Podstawowe wzory i metody różniczkowania Definicja. Niech funkcja

Bardziej szczegółowo

Przegląd termodynamiki II

Przegląd termodynamiki II Wykład II Mechanika statystyczna 1 Przegląd termodynamiki II W poprzednim wykładzie po wprowadzeniu podstawowych pojęć i wielkości, omówione zostały pierwsza i druga zasada termodynamiki. Tutaj wykorzystamy

Bardziej szczegółowo

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały Wykład 1 i 2 Termodynamika klasyczna, gaz doskonały dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 1 stycznia 2017 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW) Wykład: Elementy fizyki

Bardziej szczegółowo

Rozkłady: Kanoniczny, Wielki Kanoniczny, Izobaryczno-Izotermiczny

Rozkłady: Kanoniczny, Wielki Kanoniczny, Izobaryczno-Izotermiczny Rozkłady: Kanoniczny, Wielki Kanoniczny, Izobaryczno-Izotermiczny 1 Rozkład Mikrokanoniczny (przypomnienie) S= k B ln( (E,V,{x i },{N j }) ) Z fenomenologii: Niestety, rachunki przy użyciu rozkładu mikrokanonicznego

Bardziej szczegółowo

r. akad. 2005/ 2006 Jan Królikowski Fizyka IBC

r. akad. 2005/ 2006 Jan Królikowski Fizyka IBC VIII.1 Pojęcia mikrostanu i makrostanu układu N punktów materialnych. Prawdopodobieństwo termodynamiczne. Entropia. VIII. Rozkład Boltzmanna VIII.3 Twierdzenie o wiriale Jan Królikowski Fizyka IBC 1 Uwagi

Bardziej szczegółowo

Termodynamika. Część 11. Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Termodynamika. Część 11. Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Termodynamika Część 11 Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Układ otwarty rozkład wielki kanoniczny Rozważamy układ w równowadze termicznej

Bardziej szczegółowo

WYKŁAD 9: Rozkład mikrokanoniczny i entropia Boltzmanna

WYKŁAD 9: Rozkład mikrokanoniczny i entropia Boltzmanna WYKŁAD 9: Rozkład mikrokanoniczny i entropia Boltzmanna (Zadaniem Fizyki Statystycznej jest zrozumienie własności (równowagowych i nierównowagowych materii w oparciu o oddziaływania międzymolekularne)

Bardziej szczegółowo

Zespół kanoniczny N,V, T. acc o n =min {1, exp [ U n U o ] }

Zespół kanoniczny N,V, T. acc o n =min {1, exp [ U n U o ] } Zespół kanoniczny Zespół kanoniczny N,V, T acc o n =min {1, exp [ U n U o ] } Zespół izobaryczno-izotermiczny Zespół izobaryczno-izotermiczny N P T acc o n =min {1, exp [ U n U o ] } acc o n =min {1, exp[

Bardziej szczegółowo

Co to jest model Isinga?

Co to jest model Isinga? Co to jest model Isinga? Fakty eksperymentalne W pewnych metalach (np. Fe, Ni) następuje spontaniczne ustawianie się spinów wzdłuż pewnego kierunku, powodując powstanie makroskopowego pola magnetycznego.

Bardziej szczegółowo

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej Wykład I - 1 Sprawy formalne 2 Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej Sprawy formalne: Forma: Wykład w postaci prezentacji komputerowych Przeznaczenie:

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna. This Book Is Generated By Wb2PDF. using

Fizyka statystyczna.  This Book Is Generated By Wb2PDF. using http://pl.wikibooks.org/wiki/fizyka_statystyczna This Book Is Generated By Wb2PDF using RenderX XEP, XML to PDF XSL-FO Formatter 18-05-2014 Table of Contents 1. Fizyka statystyczna...4 Spis treści..........................................................................?

Bardziej szczegółowo

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego: kondensacja Bosego- Einsteina

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego: kondensacja Bosego- Einsteina Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego: kondensacja Bosego- Einsteina Silnie zwyrodniały gaz bozonów o niezerowej masie spoczynkowej Gdy liczba cząstek nie jest zachowywana, termodynamika nieoddziaływujących

Bardziej szczegółowo

Rzadkie gazy bozonów

Rzadkie gazy bozonów Rzadkie gazy bozonów Tomasz Sowiński Proseminarium Fizyki Teoretycznej 15 listopada 2004 Rzadkie gazy bozonów p.1/25 Bardzo medialne zdjęcie Rok 1995. Pierwsza kondensacja. Zaobserwowana w przestrzeni

Bardziej szczegółowo

Wstęp do fizyki statystycznej: krytyczność i przejścia fazowe. Katarzyna Sznajd-Weron

Wstęp do fizyki statystycznej: krytyczność i przejścia fazowe. Katarzyna Sznajd-Weron Wstęp do fizyki statystycznej: krytyczność i przejścia fazowe Katarzyna Sznajd-Weron Co to jest fizyka statystyczna? Termodynamika poziom makroskopowy Fizyka statystyczna poziom mikroskopowy Marcin Weron

Bardziej szczegółowo

Zastosowania pochodnych

Zastosowania pochodnych Zastosowania pochodnych Zbigniew Koza Wydział Fizyki i Astronomii Wrocław, 2015 SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIAROWEJ Przykład: objętość kuli Kulka z łożyska tocznego ma średnicę 2,3 mm, co oznacza, że objętość

Bardziej szczegółowo

Spis treści. Przedmowa Obraz makroskopowy Ciepło i entropia Zastosowania termodynamiki... 29

Spis treści. Przedmowa Obraz makroskopowy Ciepło i entropia Zastosowania termodynamiki... 29 Przedmowa... XI 1. Obraz makroskopowy... 1 1.1. Termodynamika... 1 1.2. Parametry termodynamiczne... 2 1.3. Granica termodynamiczna... 3 1.4. Procesy termodynamiczne... 4 1.5. Klasycznygazdoskonały...

Bardziej szczegółowo

Miejsce biofizyki we współczesnej nauce. Obszary zainteresowania biofizyki. - Powrót do współczesności. - obiekty mikroświata.

Miejsce biofizyki we współczesnej nauce. Obszary zainteresowania biofizyki. - Powrót do współczesności. - obiekty mikroświata. Zakład Biofizyki Miejsce biofizyki we współczesnej nauce - trochę historii - Powrót do współczesności Obszary zainteresowania biofizyki - ekosystemy - obiekty makroświata - obiekty mikroświata - język

Bardziej szczegółowo

n p 2 i = R 2 (8.1) i=1

n p 2 i = R 2 (8.1) i=1 8.9 Rozkład Maxwella Jest to rozkład prędkości cząstek w gazie doskonałym. Wielkość f (p) jest gęstością prawdopodobieństwa znalezienia cząstki o pędzie p. Różnica pomiędzy rozkładem Maxwella i rozkładem

Bardziej szczegółowo

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 9

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 9 Matematyka I Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 9 Przykład z fizyki Rozpatrzmy szeregowe połączenie dwu elementów elektronicznych: opornika i diody półprzewodnikowej.

Bardziej szczegółowo

Wielki rozkład kanoniczny

Wielki rozkład kanoniczny Ćwiczenia nr 0 Wielki rozkład kanoniczny Jest to rozkład prawdopodobieństwa dla układu o zmiennej liczbie cząstek N. Liczbę cząstek możemy potraktować jako dodatkową liczbą kwantową układu. ψ jest to stan

Bardziej szczegółowo

17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek

17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1 Rozdział 17 KLASYCZNA DYNAMIKA MOLEKULARNA 17.1 Podstawy metod symulacji komputerowych dla klasycznych układów wielu cząstek Rozważamy układ N punktowych cząstek

Bardziej szczegółowo

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy Rachunek Różniczkowy Ciąg liczbowy Link Ciągiem liczbowym nieskończonym nazywamy każdą funkcję a która odwzorowuje zbiór liczb naturalnych N w zbiór liczb rzeczywistych R a : N R. Tradycyjnie wartość a(n)

Bardziej szczegółowo

3 Potencjały termodynamiczne i transformacja Legendre a

3 Potencjały termodynamiczne i transformacja Legendre a 3 Potencjały termodynamiczne i transformacja Legendre a literatura: Ingarden, Jamiołkowski i Mrugała, Fizyka Statystyczna i ermodynamika, 9 W.I Arnold, Metody matematyczne mechaniki klasycznej, 14 3.1

Bardziej szczegółowo

Teoria ergodyczności: co to jest? Średniowanie po czasie vs. średniowanie po rozkładach Twierdzenie Poincare o powrocie Twierdzenie ergodyczne

Teoria ergodyczności: co to jest? Średniowanie po czasie vs. średniowanie po rozkładach Twierdzenie Poincare o powrocie Twierdzenie ergodyczne WYKŁAD 23 1 Teoria ergodyczności: co to jest? Średniowanie po czasie vs. średniowanie po rozkładach Twierdzenie Poincare o powrocie Twierdzenie ergodyczne (Birkhoff, Ter Haar) Hipoteza semi-ergodyczna

Bardziej szczegółowo

Termodynamika (1) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. poniedziałek, 23 października 2017

Termodynamika (1) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. poniedziałek, 23 października 2017 Wykład 1 Termodynamika (1) Bogdan Walkowiak Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka Biofizyka 1 Zaliczenie Aby zaliczyć przedmiot należy: uzyskać pozytywną ocenę z laboratorium

Bardziej szczegółowo

Elementy fizyki statystycznej

Elementy fizyki statystycznej 5-- lementy fizyki statystycznej ermodynamika Gęstości stanów Funkcje rozkładu Gaz elektronów ermodynamika [K] 9 wszechświat tuż po powstaniu ermodynamika to dział fizyki zajmujący się energią termiczną

Bardziej szczegółowo

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Postulat Nernsta (1906):

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna Zwyrodniały gaz Fermiego. P. F. Góra

Fizyka statystyczna Zwyrodniały gaz Fermiego. P. F. Góra Fizyka statystyczna Zwyrodniały gaz Fermiego P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2016 Fermiony w niskich temperaturach Wychodzimy ze znanego już wtrażenia na wielka sumę statystyczna: Ξ = i=0

Bardziej szczegółowo

Geometryczna zbieżność algorytmu Gibbsa

Geometryczna zbieżność algorytmu Gibbsa Geometryczna zbieżność algorytmu Gibbsa Iwona Żerda Wydział Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Jagielloński 6 grudnia 2013 6 grudnia 2013 1 / 19 Plan prezentacji 1 Algorytm Gibbsa 2 Tempo zbieżności

Bardziej szczegółowo

Chaos w układach dynamicznych: miary i kryteria chaosu

Chaos w układach dynamicznych: miary i kryteria chaosu : miary i kryteria chaosu Uniwersytet Śląski w Katowicach, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii 27.08.14 : miary i kryteria chaosu Temat tego referatu jest związany z teorią układów dynamicznych która ma

Bardziej szczegółowo

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A Budowa materii Stany skupienia materii Ciało stałe Ciecz Ciała lotne (gazy i pary) Ilość materii (substancji) n N = = N A m M N A = 6,023 10 mol 23 1 n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek),

Bardziej szczegółowo

Warunki równowagi. Rozkłady: kanoniczny, wielki kanoniczny, izobaryczno-izotermiczny

Warunki równowagi. Rozkłady: kanoniczny, wielki kanoniczny, izobaryczno-izotermiczny Warunki równowagi. Rozkłady: kanoniczny, wielki kanoniczny, izobaryczno-izotermiczny 1 Niestety, rachunki przy użyciu rozkładu mikrokanonicznego nie są łatwe. Wprowadzimy teraz inne rozkłady, przy pomocy

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna Termodynamika bliskiej nierównowagi. P. F. Góra

Fizyka statystyczna Termodynamika bliskiej nierównowagi. P. F. Góra Fizyka statystyczna Termodynamika bliskiej nierównowagi P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2015 Nasze wszystkie dotychczasowe rozważania dotyczyły układów w równowadze termodynamicznej lub

Bardziej szczegółowo

Modelowanie zależności. Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski

Modelowanie zależności. Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski Modelowanie zależności pomiędzy zmiennymi losowymi Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski P Zmienne losowe niezależne - przypomnienie Dwie rzeczywiste zmienne losowe X i Y

Bardziej szczegółowo

Zasady termodynamiki

Zasady termodynamiki Zasady termodynamiki Energia wewnętrzna (U) Opis mikroskopowy: Jest to suma średnich energii kinetycznych oraz energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych. Opis makroskopowy: Jest

Bardziej szczegółowo

1 Rachunek prawdopodobieństwa

1 Rachunek prawdopodobieństwa 1 Rachunek prawdopodobieństwa 1. Obliczyć średnią i wariancję rozkładu Bernouliego 2. Wykonać przejście graniczne p 0, N w rozkładzie Bernouliego przy zachowaniu stałej wartości średniej: λ = N p = const

Bardziej szczegółowo

FIZYKA STATYSTYCZNA. Liczne eksperymenty dowodzą, że ciała składają się z wielkiej liczby podstawowych

FIZYKA STATYSTYCZNA. Liczne eksperymenty dowodzą, że ciała składają się z wielkiej liczby podstawowych FIZYKA STATYSTYCZA Liczne eksperymenty dowodzą, że ciała składają się z wielkiej liczby podstawowych elementów takich jak atomy czy cząsteczki. Badanie ruchów pojedynczych cząstek byłoby bardzo trudnym

Bardziej szczegółowo

ELEMENTY FIZYKI STATYSTYCZNEJ

ELEMENTY FIZYKI STATYSTYCZNEJ ELEMENTY FIZYKI STATYSTYCZNEJ Przedmiot badań fizyki statystycznej układy składające się z olbrzymiej ilości cząstek (ujawniają się specyficzne prawa statystyczne). 15.1. Termodynamiczny opis układu Opis

Bardziej szczegółowo

Proces rezerwy w czasie dyskretnym z losową stopą procentową i losową składką

Proces rezerwy w czasie dyskretnym z losową stopą procentową i losową składką z losową stopą procentową i losową składką Instytut Matematyki i Informatyki Politechniki Wrocławskiej 10 czerwca 2008 Oznaczenia Wprowadzenie ξ n liczba wypłat w (n 1, n], Oznaczenia Wprowadzenie ξ n

Bardziej szczegółowo

Ekstrema globalne funkcji

Ekstrema globalne funkcji SIMR 2013/14, Analiza 1, wykład 9, 2013-12-13 Ekstrema globalne funkcji Definicja: Funkcja f : D R ma w punkcie x 0 D minimum globalne wtedy i tylko (x D) f(x) f(x 0 ). Wartość f(x 0 ) nazywamy wartością

Bardziej szczegółowo

Podstawy termodynamiki

Podstawy termodynamiki Podstawy termodynamiki Organizm żywy z punktu widzenia termodynamiki Parametry stanu Funkcje stanu: U, H, F, G, S I zasada termodynamiki i prawo Hessa II zasada termodynamiki Kierunek przemian w warunkach

Bardziej szczegółowo

1 Pochodne wyższych rzędów

1 Pochodne wyższych rzędów Pochodne wyższych rzędów Pochodną rzędu drugiego lub drugą pochodną funkcji y = f(x) nazywamy pochodną pierwszej pochodnej tej funkcji. Analogicznie definiujemy pochodne wyższych rzędów, jako pochodne

Bardziej szczegółowo

Wstęp do Fizyki Statystycznej

Wstęp do Fizyki Statystycznej Wstęp do Fizyki Statystycznej Katarzyna Sznajd-Weron Katedra Fizyki Teoretycznej Politechnika Wrocławska 11 października 2016 Katarzyna Sznajd-Weron (K4) Wstęp do Fizyki Statystycznej 11 października 2016

Bardziej szczegółowo

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii.  Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Wykład FIZYKA I 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka1.html GAZY DOSKONAŁE Przez

Bardziej szczegółowo

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu Marcin Orchel Spis treści 1 Wstęp 1 1.1 Metoda faktoryzacji (rozdzielania zmiennych)................ 5 1.2 Metoda funkcji Greena.............................

Bardziej szczegółowo

1 Relacje i odwzorowania

1 Relacje i odwzorowania Relacje i odwzorowania Relacje Jacek Kłopotowski Zadania z analizy matematycznej I Wykazać, że jeśli relacja ρ X X jest przeciwzwrotna i przechodnia, to jest przeciwsymetryczna Zbadać czy relacja ρ X X

Bardziej szczegółowo

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego 5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego Definicja 5.1. Równaniem różniczkowym zwyczajnym rzędu drugiego nazywamy równanie postaci F ( x, y, y, y ) = 0, (12) w którym niewiadomą jest funkcja y =

Bardziej szczegółowo

Statystyki kwantowe. P. F. Góra

Statystyki kwantowe. P. F. Góra Statystyki kwantowe P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2016 Statystyki kwantowe Rozpatrujemy gaz doskonały o Hamiltonianie H = N i=1 p i 2 2m. (1) Zamykamy czastki w bardzo dużym pudle o idealnie

Bardziej szczegółowo

Termodynamiczny opis układu

Termodynamiczny opis układu ELEMENTY FIZYKI STATYSTYCZNEJ Przedmiot badań fizyki statystycznej układy składające się z olbrzymiej ilości cząstek (ujawniają się specyficzne prawa statystyczne). Termodynamiczny opis układu Opis termodynamiczny

Bardziej szczegółowo

2. Definicja pochodnej w R n

2. Definicja pochodnej w R n 2. Definicja pochodnej w R n Niech będzie dana funkcja f : U R określona na zbiorze otwartym U R n. Pochodną kierunkową w punkcie a U w kierunku wektora u R n nazywamy granicę u f(a) = lim t 0 f(a + tu)

Bardziej szczegółowo

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych Temat 7 Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych Rozważmy płaski obszar R 2 ograniczony krzywą. la równania Laplace a (Poissona) stawia się trzy podstawowe zagadnienia brzegowe. Zagadnienie irichleta

Bardziej szczegółowo

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności Krotności hadronów a + b c 1 + c +...+ c i +...+ c N Reakcje ekskluzywne: wszystkie

Bardziej szczegółowo

Procesy stochastyczne

Procesy stochastyczne Wykład I: Istnienie procesów stochastycznych 2 marca 2015 Forma zaliczenia przedmiotu Forma zaliczenia Literatura 1 Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych. 2 Egzamin ustny z teorii 3 Do wykładu przygotowane są

Bardziej szczegółowo

Fizyka statystyczna Zespół kanoniczny i wielki zespół kanoniczny Statystyki kwantowe. P. F. Góra

Fizyka statystyczna Zespół kanoniczny i wielki zespół kanoniczny Statystyki kwantowe. P. F. Góra Fizyka statystyczna Zespół kanoniczny i wielki zespół kanoniczny Statystyki kwantowe P. F. Góra http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/gora/ 2015 Zespół kanoniczny Zespół mikrokanoniczny jest (przynajmniej w warstwie

Bardziej szczegółowo

Wykład FIZYKA I. 5. Energia, praca, moc. http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka1.html. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA I. 5. Energia, praca, moc. http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka1.html. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Wykład FIZYKA I 5. Energia, praca, moc Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka1.html ENERGIA, PRACA, MOC Siła to wielkość

Bardziej szczegółowo

Termodynamika. Część 4. Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Termodynamika. Część 4. Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Termodynamika Część 4 Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Pierwsza zasada termodynamiki procesy kwazistatyczne Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki,

Bardziej szczegółowo

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18 Siły zachowawcze i energia potencjalna Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18 Polecana literatura John R Taylor, Mechanika klasyczna, tom1 Wydawnictwo Naukowe

Bardziej szczegółowo

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1 Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski Kontakt,informacja i konsultacje Chemia A ; pokój 307 Telefon: 347-2769 E-mail: wojtek@chem.pg.gda.pl

Bardziej szczegółowo

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego i Fermiego

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego i Fermiego Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego i Fermiego Bozony: fotony (kwanty pola elektromagnetycznego, których liczba nie jest zachowana mogą być pojedynczo pochłaniane lub tworzone. W konsekwencji,

Bardziej szczegółowo

Pochodna funkcji. Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji.

Pochodna funkcji. Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji. Pochodna funkcji Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji. Małgorzata Wyrwas Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika

Bardziej szczegółowo

Termodynamika Część 3

Termodynamika Część 3 Termodynamika Część 3 Formy różniczkowe w termodynamice Praca i ciepło Pierwsza zasada termodynamiki Pojemność cieplna i ciepło właściwe Ciepło właściwe gazów doskonałych Ciepło właściwe ciała stałego

Bardziej szczegółowo

Ważne rozkłady i twierdzenia c.d.

Ważne rozkłady i twierdzenia c.d. Ważne rozkłady i twierdzenia c.d. Funkcja charakterystyczna rozkładu Wielowymiarowy rozkład normalny Elipsa kowariacji Sploty rozkładów Rozkłady jednostajne Sploty z rozkładem normalnym Pobieranie próby

Bardziej szczegółowo

Agata Fronczak Elementy fizyki statystycznej

Agata Fronczak Elementy fizyki statystycznej Agata Fronczak Elementy fizyki statystycznej Skrypt do wykładu i ćwiczeń rachunkowych dla kierunku Fotonika (rok III, semestr 5) na Wydziale Fizyki PW Warszawa 2016 Spis treści 1. Termodynamika klasyczna,

Bardziej szczegółowo

WYKŁAD 6. Witold Bednorz, Paweł Wolff. Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, Uniwersytet Warszawski. 1 Instytut Matematyki

WYKŁAD 6. Witold Bednorz, Paweł Wolff. Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, Uniwersytet Warszawski. 1 Instytut Matematyki WYKŁAD 6 Witold Bednorz, Paweł Wolff 1 Instytut Matematyki Uniwersytet Warszawski Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, 2010-2011 Własności Wariancji Przypomnijmy, że VarX = E(X EX) 2 = EX 2 (EX) 2. Własności

Bardziej szczegółowo

Procesy stochastyczne

Procesy stochastyczne Wykład I: Istnienie procesów stochastycznych 21 lutego 2017 Forma zaliczenia przedmiotu Forma zaliczenia Literatura 1 Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych. 2 Egzamin ustny z teorii 3 Do wykładu przygotowane

Bardziej szczegółowo

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18 Siły zachowawcze i energia potencjalna Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18 Polecana literatura John R Taylor, Mechanika klasyczna, tom1 Wydawnictwo Naukowe

Bardziej szczegółowo

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo. Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek

Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo. Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1 Rozdział 20 KWANTOWE METODY MONTE CARLO 20.1 Kwantowa wariacyjna metoda Monte Carlo Problem własny dla stanu podstawowego układu N cząstek (H E 0 )ψ 0 (r)

Bardziej szczegółowo

Równanie przewodnictwa cieplnego (II)

Równanie przewodnictwa cieplnego (II) Wykład 5 Równanie przewodnictwa cieplnego (II) 5.1 Metoda Fouriera dla pręta ograniczonego 5.1.1 Pierwsze zagadnienie brzegowe dla pręta ograniczonego Poszukujemy rozwiązania równania przewodnictwa spełniającego

Bardziej szczegółowo

Rynek, opcje i równania SDE

Rynek, opcje i równania SDE Rynek, opcje i równania SDE Adam Majewski Uniwersytet Gdański kwiecień 2009 Adam Majewski (Uniwersytet Gdański) Rynek, opcje i równania SDE kwiecień 2009 1 / 16 1 Rynek, portfel inwestycyjny, arbitraż

Bardziej szczegółowo

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

Informacja o przestrzeniach Sobolewa Wykład 11 Informacja o przestrzeniach Sobolewa 11.1 Definicja przestrzeni Sobolewa Niech R n będzie zbiorem mierzalnym. Rozważmy przestrzeń Hilberta X = L 2 () z iloczynem skalarnym zdefiniowanym równością

Bardziej szczegółowo

Wykład Praca (1.1) c Całka liniowa definiuje pracę wykonaną w kierunku działania siły. Reinhard Kulessa 1

Wykład Praca (1.1) c Całka liniowa definiuje pracę wykonaną w kierunku działania siły. Reinhard Kulessa 1 1.6 Praca Wykład 2 Praca zdefiniowana jest jako ilość energii dostarczanej przez siłę działającą na pewnej drodze i matematycznie jest zapisana jako: W = c r F r ds (1.1) ds F θ c Całka liniowa definiuje

Bardziej szczegółowo

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2 Temat 1 Pojęcia podstawowe 1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych Równaniem różniczkowym cząstkowym rzędu drugiego o n zmiennych niezależnych nazywamy równanie postaci gdzie u = u (x 1, x,...,

Bardziej szczegółowo

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1 Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1 Funkcją tworzącą momenty (transformatą Laplace a) zmiennej losowej X nazywamy funkcję M X (t) := Ee tx, t R. 1. Oblicz funkcję tworzącą momenty zmiennych o

Bardziej szczegółowo

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne W3. Zjawiska transportu Zjawiska transportu zachodzą gdy układ dąży do stanu równowagi. W zjawiskach

Bardziej szczegółowo

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współczynnikach Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH 12 maja 2016 Równanie liniowe n-tego rzędu Definicja Równaniem różniczkowym liniowym

Bardziej szczegółowo