مکانیک آماری، یکی از مباحث مطرح در فیزیک است که به سیستمهایی با تعداد متغیرهای بسیار زیاد میپردازد. این متغیرها میتوانند ذراتی چون اتمها، مولکولها، یا ذرات بنیادی باشند که تعداد آنها میتواند هممرتبه با عدد آووگادرو باشد. در این مبحث، با استفاده از خاصیتهای میکروسکوپی این ذرات مانند ساختار اتمی و برهمکنش بین آنها، اطلاعاتی در مورد خواص ماکروسکوپی سیستم مانند فشار، انتروپی و انرژی آزاد گیبس، از طریق محاسبات و روشهای آماری به دست میآید. مثلاً معادلههای حالت در ترمودینامیک توسط مدلهای میکروسکوپی-آماری مشتق میشوند.
مکانیک آماری شکوفایی خود را قبل از همه، مدیون دانشمندان کلاسیکی نظیر لودویگ بولتزمان، جوسایا ویلارد گیبز و جیمز کلرک ماکسول میباشد.
هدف مکانیک آماری پیش گویی، درک پدیدههای ماکروسکوپی و محاسبه خواص آنها از روی خواص مولکولهای منفرد سازنده آن سیستم است.
مکانیک آماری همانند پلی است که خواص ذرهای (نتایج مکانیک کوانتومی) را به خواص ماکروسکوپی (نتایج ترمودینامیک) سیستم مربوط میکند.
ترمودینامیک قادر است بین بسیاری از خواص ارتباط برقرار نماید، ولی در رابطه با مقدار آن و علتها هیچ اطلاعاتی نمیدهد. برعکس، در مکانیک آماری صحبت از علتها، چراها و اندازهگیری مقادیر است.
فهرست مطالب:
حالت های یک ذره محبوس در یک جعبه
شرایط مرزی
ویژه مقادیر انرژی
شمارش حالت ها
تابع توزیع
تعداد میکروحالت های دسنگاه
محاسبه ثابت بهنجارش
انرژی میانگین ذرات
توابع ترمودینامیکی
انرژی درونی
آنتروپی
انرژی آزاد هلمهولتز
تابع پارش گاز کامل تک اتمی
ظرفیت گرمایی
معادله حالت
حالت های یک چرخنده صلب
هماهنگ های کروی
مولکول دو اتمی متقارن
دوران مولکول ها و تابع پارش
گاز با ذرات دو اتمی
تابع پارش ارتعاشی گاز دو اتمی
تابع پارش گاز کامل دو اتمی
پارادوکس گیبس
و...