
【化】 grand partition function
gigantic; huge
【医】 giganto-; macro-; makro-; megalo-
【化】 partition function
巨配分函数(Grand Partition Function)是统计力学中处理开放系统(粒子数和能量均可变化)的核心工具,尤其在研究相变、化学反应和量子多体系统时至关重要。以下是其详细解释:
汉英对照释义
$$ Xi = sum{N=0}^{infty} sum{i} e^{-beta (E_i - mu N)} $$
其中 (beta = frac{1}{k_B T}),(mu) 为化学势,(E_i) 是能量本征值,(N) 为粒子数。
物理意义
通过引入化学势 (mu),巨配分函数扩展了正则系综,允许系统与外界交换粒子。其对数直接关联热力学势:
$$ Phi = -k_B T ln Xi $$
(Phi) 即巨势(Grand Potential),是计算压强、平均粒子数等量的关键。
推导热力学量
相变与量子气体分析
在玻色-爱因斯坦凝聚(如超流体)和费米气体(如金属电子气)研究中,巨配分函数可导出量子统计分布(Bose-Einstein分布与Fermi-Dirac分布),揭示低温下的奇异相变现象。
经典教材
前沿研究
巨配分函数是统计物理学中的重要概念,主要用于描述开放系统(与外界交换能量和粒子)的热力学性质。以下为详细解释:
巨配分函数(Grand Partition Function)是巨正则系综的核心工具,用于处理粒子数和能量均可变化的系统。它与正则系综的配分函数不同,额外考虑了粒子数涨落的可能性。
“巨”字指代更广义的统计范围。正则系综仅考虑能量交换,而巨正则系综同时考虑能量与粒子数交换,因此巨配分函数包含了无数正则系综配分函数的集合。
巨配分函数的通用公式为: $$ Xi = sum{N=0}^infty sum{s} e^{-beta (E_s - mu N)} $$ 其中:
巨配分函数通过引入化学势,扩展了统计物理对开放系统的描述能力,其名称中的“巨”体现了这一广义性。如需进一步了解数学推导或具体案例,可参考统计力学教材或专业文献。
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