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微狀態

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呢幅圖係用掟銀仔嘅結果嚟做比喻,講解微狀態同宏狀態。

統計力學中,微狀態係指緊手上個系統嘅具體組態,會描述組成個系統嘅每粒粒子或者組件嘅精確位置同動量。喺指定嘅宏狀態下,每個微狀態都會掕住一個特定嘅機率,表示嗰個微狀態有幾大機會出現。例如已知個系統嘅溫度,溫度反映其宏狀態,而可能嘅微狀態就可以有以下呢啲[1]

  • 粒子 A 喺位置 X 而粒子 B 喺位置 Y...
  • 粒子 A 喺位置 X+1 而粒子 B 喺位置 Y...
  • 粒子 A 喺位置 X 而粒子 B 喺位置 Y+1...

等等。

宏狀態就係指緊系統嘅整體性質,譬如係溫度、壓力體積同埋密度呀噉。根據統計力學嘅諗法,一個宏狀態會包括一系列數值,描述系統嘅能量粒子數量同體積,即係描述個系統嘅整體狀態。是但搵一個宏狀態嚟睇,都會有好多個可能嘅微狀態,係能夠達致呢個宏狀態嘅[2][3]

外語詞彙

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相關詞彙嘅外語嗌法:

基本概念

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睇埋:概率分佈

宏狀態可以想像成概率分佈。概率分佈係統計上用到嘅概念,簡單講,一個概率分佈會列出某變數嘅可能值,以及係每個可能值出現嘅機率。宏狀態可以用同樣嘅方式嚟諗:每個宏狀態都有好多個相應嘅微狀態,而每個微狀態都有若干機率出現。


概率分佈嘅圖例:想像打橫嗰條軸每一點表示一個可能嘅微狀態,而打戙嗰條軸表示該微狀態出現嘅機會率


相關定律

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物理學上嘅重要概念,可以理解成一個宏狀態底下對應嘅微狀態數量有幾多,可能嘅微狀態數量越多,熵就謂之越高[註 1]。如果某個系統只得一種方式可以實現佢個宏狀態(可能微狀態嘅數量係 1 )佢嘅熵就好低;但如果有好多唔同嘅粒子組合方式都可以產生手上嘅宏狀態,噉熵就會好高。

根據熱力學第二定律,一個封閉孤立嘅系統必定會無何避免噉向住熱力學平衡演進,意思即係話其熵值實會隨住時間而增加,直至去到最大可能值為止。喺物理學之中,熱力學第二定律係少數喺時間上有方向性嘅定律[4][5]

睇埋

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引咗

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  1. Macrostates and Microstates 互聯網檔案館歸檔,歸檔日期2012-03-05.
  2. Reif, Frederick (1965). Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill. pp. 66–70. ISBN 978-0-07-051800-1.
  3. Pathria, R K (1965). Statistical Mechanics. Butterworth-Heinemann. p. 10. ISBN 0-7506-2469-8.
  4. Ligrone, Roberto (2019). "Glossary". Biological Innovations that Built the World: A Four-billion-year Journey through Life & Earth History. Entropy. Springer. p. 478.
  5. Baierlein, Ralph (2003). Thermal Physics. Cambridge University Press.

註釋

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  1. 舊陣時,教科學嘅人成日會話熵係代表啲粒子「有幾亂」,呢個講法係過度簡化咗。