Lezione 2 Maggio 2000 Statistica classica. 1. Partizioni di molte particelle macrostati e microstati

Documenti analoghi
Lezione 7 - Statistiche fisiche. 1. Partizioni di molte particelle macrostati e microstati

Esercizio 1. Costruire un esempio di variabili casuali X ed Y tali che Cov(x,y) = 0, ma X ed Y siano dipendenti.

S O L U Z I O N I + 100

Esercitazioni di Elettrotecnica: circuiti in regime stazionario

METODO DEGLI ELEMENTI FINITI

Calori specifici (isolanti)

Principi ed applicazioni del metodo degli elementi finiti. Formulazione base con approccio agli spostamenti

Biennio CLEM - Prof. B. Quintieri. Anno Accademico , I Semestre. (Tratto da: Feenstra-Taylor: International Economics)

RIFLETTOMETRIA NEL DOMINIO DEL TEMPO (TDR)

LEZIONE N 11 IL CEMENTO ARMATO PRECOMPRESSO

Trasformatore. Parte 2 Trasformatori trifase (versione del ) Trasformatore trifase (1)

Alessandro Ottola matr lezione del 11/3/2010 ora 10:30-13:30. Parete omogenea sottoposta a differenze termiche e diffusione

Effetti di carico. Ai fini dei problemi di effetto di carico, i casi 3) e 4) sono equivalenti tra loro

Processi di separazione

1 Derivate parziali 1. 2 Regole di derivazione 5. 3 Derivabilità e continuità 7. 4 Differenziabilità 7. 5 Derivate seconde e teorema di Schwarz 8

1 Il concetto di funzione 1. 2 Funzione composta 4. 3 Funzione inversa 6. 4 Restrizione e prolungamento di una funzione 8

Tecniche per la ricerca delle primitive delle funzioni continue

Ogni anno a Padenghe si ripete la magia!

Ulteriori esercizi svolti

* PROBABILITÀ - SCHEDA N. 2 LE VARIABILI ALEATORIE *

0 < a < 1 a > 1. In entrambi i casi la funzione y = a x si può studiare per punti e constatare che essa presenta i seguenti andamenti y.

La carta di Smith. Origine

Teoria dell integrazione secondo Riemann per funzioni. reali di una variabile reale.

Spettro roto-vibrazionale di HCl (H 35 Cl, H 37 Cl )

PROPORZIONI. Cosa possiamo dire di esse? Che la superficie della figura A sta alla superficie della figura B come 4 sta a 6.

Norma UNI EN ISO 13788

Calore Specifico

PROPORZIONI. Cosa possiamo dire di esse? Che la superficie della figura A sta alla superficie della figura B come 4 sta a 6.

COMUNE DI BOLOGNA Dipartimento Economia e Promozione della Città

TIPI TIPI DI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO --ALFA

Corso di Fisica Moderna

Autoinduzione. 4 L: coefficiente di autoinduzione o. 4 r. Un circuito percorso da corrente genera un B (legge di Ampere-Laplace):

Esercizi sullo studio di funzione

Nella valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici,

CARATTERISTICHE DELL INVOLUCRO EDILIZIO

Studio di funzione. R.Argiolas

PROGRAMMA DI RIPASSO ESTIVO

Caratteristiche, funzioni e modalità di determinazione del prezzo. Alessandro Scopelliti

Compito di Fisica Generale I (Mod. A) Corsi di studio in Fisica ed Astronomia 4 aprile 2011

3 (solo esame 6 cfu) Elementi di Analisi Numerica, Probabilità e Statistica, modulo 2: Elementi di Probabilità e Statistica (3 cfu)

RISUONATORE FABRY-PEROT: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO, CRITERI DI PROGETTO ED APPLICAZIONI

0.1. CIRCONFERENZA 1. La 0.1.1, espressa mediante la formula per la distanza tra due punti, diviene:

LA CARTA DI SMITH... 2 Introduzione... 2 Visualizzazione di z N, di y N e di ρ L... 6 Visualizzazione dei valori di tensione e corrente in assenza di

Definizione della lossodromia Figura 6.1

Test di autovalutazione

DIPARTIMENTO DELL'AMMINISTRAZIONE PENITENZIARIA Direzione Generale del Personale e della Formazione Ufficio 11- Sezione Il

Lemma 2. Se U V é un sottospazio vettoriale di V allora 0 U.

POTENZE NECESSARIE E DISPONIBILI

Corso di Progettazione Assistita da Computer (PAdC) CLM Ing. Meccanica. Dip. di Ingegneria Civile e Industriale (DICI), 1 piano

Alberi di copertura minimi

STUDIO NUMERICO DELL'EFFETTO DELLA DEFORMABILITA' SUL COMPORTAMENTO DI CUSCINETTI IDRODINAMICI

LE FREQUENZE CUMULATE

CURVE DI PROBABILITÀ PLUVIOMETRICA Le curve di probabilità pluviometrica esprimono la relazione fra le altezze di precipitazione h e la loro durata

Tekla Structures Guida di riferimento per le opzioni avanzate. Versione del prodotto 21.1 agosto Tekla Corporation


LA COMPATIBILITA tra due misure:

Esercizio 1. Cov(X,Y)=E(X,Y)- E(X)E(Y).

Istogrammi ad intervalli

METODO DEGLI ELEMENTI FINITI

Chimica Fisica 2 NMR

LA NOSTRA AVVENTURA NEL CREARE UN LIBRO

Capgemini Italia Spa. Ingegneria del Software. Roma, 11 Dicembre 2009

Modelli equivalenti del BJT

REGRESSIONE LOGISTICA

Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE

Calcolo delle Probabilità e Statistica. Prova scritta del III appello - 7/6/2006

Antenne in ricezione. Fig. 1

CEMENTO ARMATO PRECOMPRESSO Lezione 5

Il campione. Il campionamento. Il campionamento. Il campionamento. Il campionamento

Errori a regime per controlli in retroazione unitaria

INTRODUZIONE. T e. abbiamo indicato la temperatura finale raggiunta dai due corpi a contatto (temperatura di equilibrio).

LE FRAZIONI LE FRAZIONI. La frazione è un operatore che opera su una qualsiasi grandezza e che da come risultato una grandezza omogenea a quella data.

Probabilità cumulata empirica

Indice delle lezioni (Prof. Storti-Gajani)

Aspettative, produzione e politica economica

NATURA ATOMICA DELLA MATERIA

Le coniche e la loro equazione comune

Fisica Generale VI Scheda n. 1 esercizi di riepilogo dei contenuti di base necessari. 1.) Dimostrare le seguenti identità vettoriali:

EffePi Srl. Valore immobiliare: gestire ed amministrare per creare il valore degli immobili. EffePi S.r.l. Valore Immobiliare. EffePi S.r.l.

La Formazione in Bilancio delle Unità Previsionali di Base

13 - LA PROGRAMMAZIONE DELL'ALLENAMENTO

L incentivazione economica nei problemi di agenzia: Il caso dell Azienda Sanitaria Pubblica

Premessa essa sulle soluzioni

ESERCIZI SULLA DEMODULAZIONE INCOERENTE

1) La probabilità di ciascun evento elementare è non negativa. 2) La somma delle probabilità di tutti gli eventi elementari vale 1.

La popolazione in età da 0 a 2 anni residente nel comune di Bologna

T 2. Figura 1: Conduzione monodimensionale in una lastra piana

INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI

( ) ( ) ( ) ( ) m r ROTATORE RIGIDO. Rotatore Rigido Classico. θ π. d r = & 2 r & Introducendo il momento angolare

Metodi e Modelli per l Ottimizzazione Combinatoria Progetto: Metodo di soluzione basato su generazione di colonne

Procedura Operativa Standard. Internal Dealing. Rev. 0 In vigore dal 28 marzo 2012 COMITATO DI CONTROLLO INTERNO. Luogo Data Per ricevuta

Opuscolo sui sistemi. Totogoal

Circolare n. 1 Prot. n. 758 Roma 29/01/2015

COMUNE DI CASLANO MESSAGGIO MUNICIPALE N. 1116

LE MACCHINE SINCRONE

ESERCIZI PARTE I SOLUZIONI

Appunti sulle disequazioni frazionarie

SUL MODELLO DI BLACK-SHOLES

U N I V E R S I T À D E G L I S T U D I D I M A C E R A T A. AREA PERSONALE Ufficio Personale tecnico amministrativo

Algebra Sia A un anello commutativo. Si ricorda che in un anello commutativo vale il teorema binomiale, cioè. (a + b) n = a i b n i i.

Transcript:

Lon Maggo 000 Statstca classca. Parton d molt partcll macrostat mcrostat S s confrontano gl spttr n msson d un gas rarfatto d un flamnto rscaldato, la dffrna pù rlvant è ch nl prmo caso s ossrvano ln strtt bn dfnt n poson (frquna o lungha d onda), nl scondo l msson avvn su un contnuo d nrga. S può affrmar ch tal dffrna è da mputars al fatto ch nl gas rarfatto l ntraon fra sngol atom mtttor sono trascurabl, pr cu lo spttro rlvato è ssnalmnt qullo dll atomo sngolo (transon dscrt), mntr nl flamnto gl atom (ch, prs sngolarmnt, s comportano ancora scondo uno schma quantato) sono part d un sstma a moltssm corp ntragnt, n modo tal ch l lgg ch govrnano spgano lo spttro ossrvato dvono tnr conto dlla popolostà dl sstma stsso. D qusto tpo d problm s ntrssa la mccanca statstca ch, a sconda dlla natura dl sstma nvstgato, può ssr d tpo sa classco ch quantstco. C ntrssamo ora ad asptt ntroduttv pr nquadrar opportunamnt lo studo statstco dlla mccanca d sstm a molt corp, a prscndr dalla natura classca o quantstca dl sstma n sam. Vrrà po prsa n consdraon la part classca dlla statstca. Antutto è mportant crcar d nquadrar formalmnt l problma dl contggo o cnsmnto dgl stat d un sstma fsca a molt corp. Prtanto c ntrssamo al caso n cu un dato numro (tpcamnt lvatssmo, anch s qusto non è rlvant a fn dll mpostaon dl problma) d partcll, N, ch possono occupar var stat dscrt d nrga (lvll, anch s n qusta fas non s ntnd con cò rfrrs splctamnt ad una stuaon quantstca). Pr ssr prcs, consdramo una squna dscrta d lvll d nrga, E,,,, ch vngono occupat dall N partcll scondo la squna n, n,, n, ossa l lvllo -smo d nrga è occupato da n partcll. Supponamo pr ora ch l partcll sano dntch ma dstngubl (pr comodtà d contggo soltanto, po rmuovrmo qusta condon puttosto nconsstnt). E ora possbl calcolar l numro d mod possbl d popolar qusto sstma fsco. Partndo dal prmo stato nrgtco, possamo scglr una qualunqu dll N partcll, pr cu v sono N mod d popolar l sstma. Sccom voglamo sstmar n partcll, s tal numro è maggor d ( mnor d N), possamo contnuar dsponndo una sconda partclla a partr dall rstant N-. Il numro d mod nta qund N(N). S procd così fno ad avr sstmato tutt l n partcll nl prmo lvllo, scondo l numro total d possbltà dstnt N(N)(N) (Nn ). Qusto numro s può anch scrvr com N!/(Nn )!. In raltà, oprando n qusto modo stamo sovrastmando l numro d possbltà d dsposon n quanto l partcll sono gual, dunqu non dobbamo consdrar cas abc d acb com dstnt. Tnndo dunqu conto d qust n! possbltà rmangono N!/[n!(Nn )!] cas, ossa l prmutaon d N oggtt n class d n. Passando al scondo lvllo, la procdura s rpt a partr ora da Nn partcll, pr cu l numro d possbltà pr qusto lvllo rsulta par a (Nn )!/[n!(nn n )!] d l numro total pr l I d l II lvllo, dato dal prodotto d qust du, rsulta qund dato da N!/[n!n!(Nn n )!]. Procdndo ancora fno al -smo lvllo, l numro total d possbltà d occupaon pr l sstma s scrv, gra ad una ovva smplfcaon, com N! n! n! n! Qusto smplc rsultato è molto mportant: sso fornsc la moltplctà (o probabltà dlla statstca fsca) d un macrostato dl sstma. S ntnd con tal trmn ndcar un assm d mcrostat, ossa d confguraon accssbl al sstma, tutt gualmnt probabl pr quanto rguarda la loro occupaon da part dll partcll. Un macrostato, con moltplctà, è un nsm d mcrostat gualmnt probabl. Pr qusta cntralssma assunon, maggor è Statstca Classca -

pr un dato macrostato, maggor è la probabltà ch, spontanamnt, l sstma lo occup. Pr charr qusto punto, utlamo numr pccol vdamo splctamnt cosa accad n trmn d occupaon. Prndamo a tal scopo N4 partcll ch occupano un sstma a 3 lvll (con nrg E, E, E 3 ). A sconda d quant partcll s dspongono n qust 3 stat (vncolat alla consrvaon sa dll nrga, n E +n E +n 3 E 3 E TOT, ch dl numro d partcll total, n +n +n 3 N), ottrrmo dffrnt macrostat con dffrnt moltplctà, ossa numro d mcrostat. I possbl macrostat s ottngono smplcmnt com parton ntr d N vncolat alla consrvaon dll nrga total. S, ad smpo, l nrga total è par a untà approprat, cascuna partclla può assumr valor ntr dll nrga, macrostat ammss sono qull ch soddsfano alla n +n 3, n quanto l nrga dl prmo lvllo (con popolaon n ) è nulla. Dovndo rsultar n +n +n 3 4, macrostat prmss sono [n n n 3 ][30] [0], ossa, rspttvamnt, 3 partcll nl I lvllo d nl tro ovvro sa nl I ch nl II lvllo. S sottolna ch, n qusto modo, v sono n tutto 4 partcll con nrga total gual a untà approprat. Qust du macrostat hanno moltplctà rs, ossa sono dat n trmn d un numro corrspondntmnt rso d mcrostat. Il calcolo fa uso dlla rlaon sopra ottnuta. Pr l I macrostato, [30], s ottn [30] 4!/(3!0!!)4, pr l II macrostato, [0], s ottn [0] 4!/(!!0!)6. In altr trmn, sstono 4 mcrostat assocat al macrostato [30] 6 al macrostato [0]. Qust sono faclmnt nduabl n trmn d dsposon ammss d partcll, ad smpo, con 3 possbltà nl I lvllo d nl III. S dnotamo con abcd l partcll (rcordamo ch sono gual ma dstngubl), l 4 confguraon sono dat da abc+d, abd+c, bcd+a acd+b. Non dobbamo contar com rs mcrostat abc+d, ad smpo, acb+d. Da un punto d vsta pù fsco, la costruon svolta fno a qusto punto spga, almno n suo tratt ssnal, l voluon spontana d sstm ralstc ch possono scglr fra var macrostat a loro dsposon: automatcamnt l sstma dsporrà l partcll nlla confguraon ch massma l numro d mcrostat, cò a causa dlla natura casual dll voluon d sstm a moltssm partcll. S la dscron appna ctata ad smpo s rfrss all confguraon d un gas a 4 partcll, ssndo tutt 0 mcrostat con nrga gual a gualmnt probabl, coè accssbl all partcll, sarà l macrostato pù popoloso d mcrostat (dunqu l [0] rsptto l [30]) ad ssr sclto, smpr statstcamnt parlando. In altr parol ancora, s l sstma vn prparato nalmnt nllo stato [0] non s assstrà a un rassstamnto spontano vrso lo stato [30], ch pur ha la stssa nrga, prché cò rchdrbb una concntraon d nformaon ch l sstma non può prmttrs d ottnr sna apport strn (vntualmnt nrgtc). Al contraro, a partr dallo stato [30] l sstma volvrà spontanamnt vrso lo stato [0] prché cò massma l numro d mcrostat occupat. S non foss ancora charo, stamo rproponndo n vst probablstca l II prncpo dlla trmodnamca. S not noltr ch lo stato pù probabl è anch qullo con pù partcll nl lvllo a bassa nrga (tr con nrga nulla d una con nrga doppa). Il lvllo mno probabl ha du partcll con nrga untara du con nrga nulla. D fatto, s potrà ossrvar ch sst una prcsa rlaon ch lga la statstca d occupaon d lvll nrgtc con la statstca d popolaon appna dscussa. Pr puntualar ultrormnt (a costo d smbrar ccssv), la connsson fra macrostat, mcrostat statstca può trovar un valdo paragon nl goco dll cart, ad smpo l por. In qusto goco s possono contar 598960 man dstnt, ossa combnaon d 5 cart ch possono captar. Sono tutt quprobabl, ossa sono crca du mlon mo d mcrostat accssbl pr qusto sstma. Tra qusto numro grandssmo d mcrostat, sstono d macrostat tanto pù ambt da gocator quanto mno popolos, ossa mprobabl. La scala ral (squna dal 0 all asso d un dato sm) è fatta da solo quattro mcrostat fra tutt qull possbl (l combnaon d scala pr quattro sm). Ovvamnt qusto spga l valor d qusta mano. Ma una qualunqu altra mano, ad smpo 4C-5Q-JP-3F-F, è altrttanto probabl quanto la scala ral o un por. E l fatto d non attrbur puntggo alla mano qualunqu scrtta sopra ch n annulla l valor. Ma la sua probabltà è la stssa dlla scala ral (an, è quattro volt pù pccola prché d scal ral n sstono quattro!). Statstca Classca -

. Parton pù probabl: dstrbuon d Mawll-Boltmann Ora è mportant stablr, n bas a smplc rsultat ottnut, qual sa la confguraon pù probabl da un punto d vsta quanttatvo: s è gà capto ch, qualtatvamnt, qusta vrrà raggunta n corrspondna dll occupaon dl macrostato con massmo numro d mcrostat dsponbl compatblmnt con la consrvaon dll nrga dl sstma. Pr sgur l calcolo modfchamo l rsultato prma ottnuto da du punt d vsta. Antutto, rconoscamo ch lvll nrgtc potrbbro avr ps statstc dffrnt (com accad ad smpo quando dll nrg sono dgnr n mccanca quantstca). Chamando g l pso dllo stato -smo, quando n partcll occupano lo stato, la probabltà d occupaon va moltplcata pr g n. Po rmuovamo la dstngubltà dll partcll, pr cu l rsultato fnal va so pr N! s scrv N! n n g g! g N! n! n!! n! n n g n! Il calcolo prosgu crcando la confguraon ch massma qusta granda. E convnnt comunqu ottnr l massmo dl logartmo natural d : ln ( n ln g ln n!) ; utlando l approssmaon d Strlng, ln(!) ln, d l fatto ch Σn N, s scrv ln N n ln( n / g ). Pr trovar l massmo dffrnamo qusta rlaon, ncludndo la consrvaon dl numro d partcll, pr la qual Σ dn dn0; rman la d0 quvalnt alla dn ln( n / g ) 0. S l varaon d n fossro arbtrar la soluon sarbb smplcmnt n g, ma dobbamo applcar la consrvaon dll nrga dl sstma, nlla forma dl vncolo Σ E dn 0. L quaon può ssr rsolta adottando la tcnca d moltplcator d Lagrang ntroducndo du paramtr, α β, ch s assocano a vncol sul numro total d partcll sull nrga total dl sstma scondo l sprsson data da dn [ln( n / g ) + α + βe ] 0, dalla qual s ottn subto ch n g p[ ( α + βe )]. E consutudn rscrvr la consrvaon dl numro d partcll scondo la NΣ n Σ g p(α)p(βe ) p(α)σ g p(βe ) Zp(α), dov ZΣ g p(βe ) è la funon d parton dl sstma qund n (N/Z)g p(βe ). Qusta sprsson, ch fornsc l numro d partcll ch popolano un dato lvllo n conformtà alla rchsta d massma probabltà, sgu la lgg sponnal dtta dstrbuon d Mawll-Boltmann. Statstca Classca - 3

E ora possbl applcar qusto rsultato ad un caso pratco pr comprndr mglo l sgnfcato dlla dstrbuon. Consdramo l caso n cu un numro abbastana grand d partcll (N4000) ha a dsposon tr lvll quspaat (pr smplfcar l calcolo) d nrga, ossa E 0, E, E 3, tutt con la stssa probabltà d occupaon (g ). Scglamo arbtraramnt d collocar l 4000 partcll scondo la dstrbuon data da n 000, n 700 n 3 300, confrontamo l probabltà dlla confguraon assgnata con qulla nlla qual una sngola partclla passa dal lvllo ntrmdo a qullo nfror d una a qullo supror, n ossrvana dlla consrvaon dll nrga. Utlando drttamnt la /(n!n!n 3!) (ssndo l g ), l probabltà pr l du confguraon stanno nl rapporto ' 00!698! 30! 00 30 0. 000!700! 300! 700 699 Cò sgnfca ch la probabltà d modfcar (su una popolaon d 4000 partcll) la confguraon d du sol collocaon nrgtch (la partclla ch passa dal lvllo ntrmdo a qull supror d nfror) vara d quas cnqu volt. Il rsultato mplca ch l sstma è bn lontano da una confguraon stabl, d qulbro. Il fatto è ch, dalla dstrbuon d Mawll- Boltmann, c s asptta una popolaon ch dcrsc sponnalmnt con l aumntar dll nrga. La confguraon assgnata n qusto smpo ha tropp partcll n lvll cctat rsptto l fondamntal d nrga. Pr calcolar qual sa la confguraon alla qual l sstma tnd spontanamnt, utlamo drttamnt la lgg d Mawll-Boltmann, data la confguraon nal d popolaon, n +n +n 3 4000, d nrga, E n +E n +E 3 n 3 300, nonché n (N/Z), n (N/Z)p(β), n 3 (N/Z)p(β). Posto p(β), s può faclmnt rcondurr l sstma d du quaon ad una sngola quaon pr ch rsolta dà 0.50. I valor corrspondnt pr l popolaon sono n 77, n 46, n 3 577. Utlando qust nuov numr pr un confronto d probabltà com qullo fatto sopra pr la transon d una sngola partclla fra lvll adacnt portrbb a mostrar ch l sstma è ffttvamnt n una confguraon stabl (l probabltà dll du confguraon rsultano ssnalmnt l stss). Com vdrmo nl prossmo captolo, ddcato alla mccanca quantstca, v sono cas n qual la dstrbuon d Mawll-Boltmann non è adatta alla dscron d molt stuaon d rlvana fsca notvol, com la conduon trmca/lttrca n un soldo, l comportamnto dgl lttron n un mtallo, la radaon trmca. In qust stuaon bsogna tnr conto splctamnt dlla natura quantstca dll partcll convolt. In partcolar, gl schm d occupaon dscuss fno a qusto punto vanno modfcat da du punt d vsta: antutto l partcll dlla mccanca quantstca sono ndstngubl. La consguna mmdata d qusto fatto (lgato al prncpo d ndtrmnaon, ch mpon lmt prcs all ossrvabltà d dtrmnat dttagl d un sstma) è ch la moltplctà d tutt macrostat nta untara. Bsognrà po tnr conto, nl caso d lttron o d altr partcll a spn smntro, dl prncpo d scluson d Paul. In qusto caso, du lttron non potranno occupar lo stsso mcrostato prché cò rchdrbb l guaglana d loro numr quantc. 3. Dstrbuon dll vloctà dll molcol n un gas classco C ntrssamo ora d un caso partcolar d dstrbuon statstca, ch rntra nllo schma d contggo d popolaon d grand numr d partcll prma dscrtta, ma ch ha anch autonoma logca concttual. Parlamo dlla dstrbuon dll vloctà ( dll nrga) d un gas classco d molcol non ntragnt (gas dal). La dstrbuon può ssr drvata a partr da consdraon spcfch sulla tora cntca statstca, ma trova anch gustfcaon abbastana rgorosa a partr da pots gnral d sotropa dllo spao nl qual l partcll dl gas s muovono. C s pon l problma d dtrmnar, pr un dato gas (coè una data massa) ad una data tmpratura (o altr coordnat trmodnamch rlvant) l numro d molcol pr untà d volum Statstca Classca - 4

ch possggono una data vloctà o, mglo, la cu vloctà (ntsa pr ora vttoralmnt) è comprsa n un dato ntrvallo d valor (è la natura ntrnscamnt statstca dl problma ch prvlga lo studo d ntrvall d vloctà puttosto ch valor prfttamnt dfnt). Consdrando l quvalna fra l partcll d gas l sotropa trdmnsonal dllo spao la dstrbuon d una qualunqu componnt cartsana dlla vloctà dovrà avr dstrbuon cntrata attorno al valor nullo smmtrcamnt dsposta attorno ad sso. Esstono vald motv (ch qu non approfondamo) pr assgnar a tal dstrbuon una lgg d tpo gaussano, ch scrvamo dunqu nl modo sgunt: bv f ( v ),,,. A Con tal sprsson s ndca l numro d partcll pr untà d volum ch possdono vloctà con componnt,, comprsa nll ntrvallo d valor [v, v + ]. Pr ottnr la dstrbuon dl modulo dlla vloctà v, s stnd l pots d dstrbuon sopra scrtta n tr dmnson: f ( v, v, v ) A A A bv bv bv A bv. v Voglamo dtrmnar ora la f(v), con v(v + v + v ) /. A tal scopo ossrvamo ch l lmnto d volum può ssr rcondotto al volum dl gusco sfrco d raggo suprfc 4πv. Val dunqu la rlaon sgunt pr la dstrbuon d vloctà (dstrbuon d Mawll- Boltmann pr l gas rarfatto): f ( v) 4π A bv v. L andamnto rportato nl dsgno vdna l fatto (attso) ch l vloctà s dstrbuscono n modo ch valor strm (molto pccol o molto grand) sono poco probabl. Vdamo d sguto d carattrar pù prcsamnt la dstrbuon fssando paramtr pr ora arbtrar A b. La dstrbuon d vloctà è dtrmnabl sprmntalmnt con ccllnt prcson d n ottmo accordo con l modllo torco. Com rportato nl dsgno, s utla un sstma dtto d choppng, nl qual du ruot coassal ntrcttano un fasco d molcol msso da un forno a tmpratura fssabl a pacmnto. L scanalatur nll ruot sono tal ch, n funon dlla vloctà d rotaon dl sstma, al rlvator gungono solo l molcol ch possggono una vloctà comprsa fra valor dtrmnat n nfatt dalla vloctà con la qual l choppr sta ruotando. Statstca Classca - 5

La dtrmnaon d paramtr A b è ottnuta a partr da du condon ndpndnt sulla natura dl sstma dscrtto. Il paramtro A è una costant d normalaon ch s fssa rchdndo ch 0 f ( v) n, dov n è l numro d partcll pr untà d volum (a prscndr dall vloctà ch ss possggono). Il paramtro b s dtrmna chamando n causa un asptto fondamntal dlla tora cntca d gas prftt, ossa ch l nrga cntca mda dll molcol è lgata alla tmpratura assoluta tramt la rlaon <E >3 B T/, con B costant d Boltmann. L nrga cntca mda s calcola a partr dalla < E 3 > mv f ( v) BT. n 0 Mttndo assm qust rlaon s gung al rsultato fnal: 3 / mv BT m f ( v) 4πn v BT. π Ossrvamo ch la dstrbuon d vloctà dpnd sa dalla massa dll partcll ch dalla tmpratura dl gas. Il grafco rportato c vdna ch con l aumntar dlla tmpratura la dstrbuon s sparpagla attorno al cntro d massma probabltà, ch a sua volta s sposta vrso valor d vloctà smpr pù grand, n accordo con quanto c s può aspttar n bas alla tora cntca d gas. E anch possbl passar allo studo dlla dstrbuon n nrga, smpr a partr dalla lgg d Mawll-Boltmann. Essndo Emv /, possamo scrvr demv pr cu de/(mv)de/(me) /. Sosttundo nlla dstrbuon pr l vloctà ottnamo subto la rlaon crcata: E E BT f ( E) de n de. 3 3 π T Notamo ch, a dffrna dl caso dll vloctà, qusta dstrbuon non dpnd dalla massa dll partcll: pr una data tmpratura tutt gas possdono la stssa dstrbuon statstca d nrga cntca. Qusto rsultato, d ovva mportana, non è comunqu d gnraltà suffcntmnt ampa da potrlo applcar ad altr cas d ntrss alla statstca classca: l partcolar pots fatt sulla rlaon fra vloctà d nrga (solo cntca n qusto caso) dvono ssr rvst s l tpo d ntraon da studar nl sstma è d natura rsa. La gnraltà dl rsultato s lmta a potr prvdr pr qualunqu tpo d nrga consdrata un andamnto sponnal scondo la rlaon data da Statstca Classca - 6 B

f MB E BT ( E), A mntr la natura spcfca dll nrga n goco condurrà ad una dnstà d stat, g(e), pr la qual la dstrbuon d probabltà pr l nrga è dl tpo (E)g(E) f MB (E). Abbamo gà vsto l caso n cu la dnstà dgl stat (dfnta com moltplctà propra d lvll) goca un ruolo ssnal nlla dtrmnaon dlla dstrbuon d popolaon d lvll. Qusto modo d procdr va stso nllo stsso sprto alla dtrmnaon dlla dnstà d stat n una dstrbuon d Mawll-Boltmann. Possamo ad smpo calcolar la popolaon rlatva n un gas d drogno atomco a tmpratura ambnt (93 K) dl I lvllo cctato (n, E0. V). A tal scopo è ncssaro calcolar l fattor d dnstà g(e) rcordando ch, pr l drogno atomco, la dgnraon è data da n (l fattor vn da sottolvll d spn). Dunqu g pr l fondamntal g8 pr l I lvllo lttronco cctato. L costant d normalaon sono l stss pr du stat, pr cu l rapporto d probabltà d occupaon è smplcmnt dato da ( E ) ( E ) g( E ) g( E ) ( E E ) BT 0.6 0 75. In bas a qusto rsultato, la probabltà d trovar un atomo cctato d drogno a tmpratura ambnt è tal ch, pr trovarn uno soltanto, è ncssaro contar su una massa d drogno par a crca 0 48 g, ch è molto maggor dlla massa dll ntro unvrso! 4. Esrc (a) Svolgr splctamnt calcol ncssar pr dtrmnar l costant A b nlla dstrbuon d Mawll-Boltmann pr l vloctà n un gas prftto. (b) Trovar valor dlla vloctà mda, dlla vloctà quadratca mda dlla vloctà pù probabl (ossa l massmo dlla funon d probabltà) n una dstrbuon d Mawll- Boltmann. (c) Utlando dat dll ultmo smpo rportato sulla popolaon d lvll n un gas d drogno atomco, calcolar a qual tmpratura c s asptta d avr l 30% dgl atom nl I lvllo cctato. (d) Un atomo con spn total ½ ha momnto magntco µ. Un nsm d atom d qusto tpo è posto n un campo magntco unform B, pr fftto d qust ultmo, gl atom s dspongono su du lvll d nrga con spn allnat d oppost al campo stsso (con gual dgnraon g). L ntraon è data da Eµ B. Calcolar l rapporto dll popolaon d du lvll ad una data tmpratura. Lttur consglat F.Rf, Fsca Statstca, La Fsca d Brl Vol. 5 McGraw-Hll/Zanchll Statstca Classca - 7