מכניקה סטטיסטית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מכניקה סטטיסטית היא תחום בתרמודינמיקה, המנתח את התנהגותם של צברים של חלקיקים או עצמים, בכלים מתמטיים של תורת ההסתברות. המדובר במערכות שבהן מספר רב של חלקיקים (מסדר גודל של מספר אבוגדרו ) המרכיבים את המערכת. בגלל המורכבות הרבה, אין דרך מעשית לתאר באופן מדויק כל חלקיק במערכת, או לתאר את התפתחותה באופן דטרמיניסטי. מכניקה סטטיסטית יכולה להיות קלאסית או קוונטית כאשר הגישה הקוונטית מניבה תוצאות זהות בעיקרן לקלאסית אך גם תוצאות נוספות.

התרמודינמיקה קושרת בין תכונות מקרוסקופיות שונות של מערכת בשיווי משקל. בשונה ממנה, המכניקה הסטטיסטית עוסקת בקשרים השונים בין פונקציות תרמודינמיות ובאיפיונים המולקולריים של אותה מערכת תרמודינמית, בעזרת כלים סטטיסטיים, תוך הנחה כי המצב הסביר ביותר סטטיסטית (בדרך כלל המצב הממוצע מבחינה אנרגטית) הוא זה שיתרחש. במכניקה סטטיסטית משתמשים בדרך כלל כדי להסביר תופעות תרמודינמיות, למשל התנהגות של גזים.

בלב המכניקה הסטטיסטית נמצאת הגדרתו של בולצמן לאנטרופיה (מידת אי הסדר במערכת): .

כאן - אנטרופיה, - קבוע בולצמן ו- הוא מספר המצבים במערכת. "מספר המצבים במערכת" הוא מספר המצבים המיקרוסקופיים במצב המקרוסקופי שבו נמצאת המערכת.

הקשר בין המכניקה הסטטיסטית ובין תרמודינמיקה נתון על ידי: , כאשר היא האנרגיה החופשית של הלמהולץ - גודל תרמודינמי ו- היא פונקציית החלוקה שמחושבת ממכניקה סטטיסטית. היא הטמפרטורה.

במכניקה הסטטיסטית משתמשים בצברים (Ensemble). צבר מייצג מערכת שבה מספר גדול של חלקיקים בעלי פרמטרים תרמודינמיים זהים, לדוגמה נפח, לחץ וטמפרטורה.

[עריכה] פיזיקאים שתרמו לתחום

• לודוויג בולצמן - אבי המכניקה הסטטיסטית.
• וילארד גיבס - תרם בנושאי אנרגיה חופשית ופוטנציאל כימי.
• אלברט איינשטיין - ממייסדי המכניקה הסטטיסטית, הוכיח את קיומם של אטומים בסדרת מאמרים בנושא דיפוזיה, ששיאם הוא המאמר על תנועה בראונית.

נושאים בפיזיקה
מכניקה קלאסית | אלקטרומגנטיות | תורת היחסות | פיזיקת חלקיקים | תורת השדות הקוונטית | מכניקת הקוונטים | פיזיקת מצב מעובה | מכניקה סטטיסטית | תרמודינמיקה