17. Второе начало термодинамики. Статистическая и термодинамическая формулировки

• Статистический подход

Если система изолирована, то она будет стремиться к наиболее вероятностному состоянию, т.е. состоянию, которое может быть реализовано максимальным числом способов (это состояние является равновесным).

• Термодинамический подход

Невозможен процесс, единым результатом которого является передача тепла от холодного тела к горячему (совершение работы за счёт охлаждения тела).

18. Какие газы подчиняются квантовой статистике?

Газ подчиняется квантовой статистике, если частицы тождественны (нельзя пронумеровать), система находится в равновесии, газ идеален, среднее расстояние между частицами сравнимо или меньше длинны волны Де Бройля. Пример такого газа: газ электронов.

19. Распределение Ферми-Дирака. Формула и рисунок

— среднее число фермионов в квантовом состоянии i.

— энергия квантового состояния.

— абсолютная температура.

— химический потенциал.

— постоянная Больцмана.

20. Распределение Бозе-Эйнштейна. Формула и рисунок

— среднее число бозонов в квантовом состоянии i.

— энергия квантового состояния.

— абсолютная температура.

— химический потенциал.

— постоянная Больцмана.

21. Физический смысл квантовых распределений Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна

Ферми-Дирака:

показывает среднюю заселённость фермионами состояний с энергией и температурой, где i - набор квантовых чисел, характеризующих квантовое состояние.

Бозе-Эйнштейна:

показывает среднюю заселённость бозонами состояний с энергией , где i - набор квантовых чисел, характеризующих квантовое состояние.

22. Какие частицы подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и какие Ферми-Дирака?

Бозе-Эйнштейна — частицы с целым спином (бозоны): фотоны, фононы (квазичастицы).

Ферме-Дирака — частицы с полу целым спином (фермионы): электроны, нейтроны, протоны, дырки (квазичастицы).

23. Принцип Паули

Фундаментальный принцип квантовой механики: в квантовой системе не может быть двух частиц (фермионов), находящихся в одном квантовом состоянии.

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

1. Классификация твердых тел и связь с энергетическими зонами

Металл (ЗП заполнена частично), полупроводник.

ЗП — зона проводимости.

ЗЗ — запрещенная зона.

ВЗ — валентная зона.

Полупроводник

Металл

Диэлектрик

2. Модель свободных электронов проводимости в металле

Электроны зоны проводимости в металлах с большой точностью можно считать свободными электронами.

Электроны зоны проводимости в металлах с большой точностью можно считать идеальным газом (в сосуде, стенками которого является поверхность куска металла), то есть взаимодействием электронов проводимости между собой и с узлами кристаллической решётки можно пренебречь (считать их свободными электронами).

3. Хим.Потенциал и его зависимость от температуры в металлах

Химический потенциал — это максимальная кинетическая энергия электронов проводимости при температуре .

(в металлах)

—температура металла.

— химический потенциал при .

— постоянная Больцмана.