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Funzione di Partizione Calculator

Somma degli stati in un ensemble canonico.

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Result
Ready
Note

Formula first

Overview

La funzione di partizione è la quantità centrale nella meccanica statistica, rappresentando la somma su tutti i microstati possibili di un sistema pesati dai loro fattori di Boltzmann. Serve come ponte tra gli stati quantistici microscopici e le proprietà termodinamiche macroscopiche come l'energia interna e l'entropia.

Symbols

Variables

= Note

Note
Variable

Apply it well

When To Use

When to use: Applica questa formula quando analizzi un sistema in equilibrio termico con un bagno termico a temperatura costante, noto come ensemble canonico. Viene utilizzata per calcolare la probabilità di trovare un sistema in uno stato specifico e per derivare potenziali termodinamici.

Why it matters: Questa funzione è la 'funzione generatrice' della termodinamica; conoscerla ti permette di calcolare ogni altra variabile termodinamica per il sistema. È fondamentale nel prevedere il comportamento dei gas, il magnetismo dei materiali e le transizioni strutturali delle molecole biologiche.

Avoid these traps

Common Mistakes

  • Sommare sulle particelle invece che sugli stati.
  • Dimenticare il fattore di degenerazione.

One free problem

Practice Problem

Un sistema fisico a 300 K ha due livelli energetici non degeneri: uno stato fondamentale a 0 J e uno stato eccitato a 4,14 ×10⁻²¹ J. Utilizzando la costante di Boltzmann kB = 1,38 × 10⁻²³ J/K, calcola la funzione di partizione Z.

Hint: Calcola il rapporto tra l'energia dello stato eccitato e l'energia termica kB ×T, quindi somma i fattori di Boltzmann per entrambi gli stati.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

References

Sources

  1. Callen, Herbert B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. 2nd ed., John Wiley & Sons, 1985.
  2. McQuarrie, Donald A. Statistical Mechanics. University Science Books, 2000.
  3. Kittel, Charles, and Herbert Kroemer. Thermal Physics. 2nd ed., W. H. Freeman, 1980.
  4. Wikipedia: Partition function (statistical mechanics)
  5. NIST CODATA
  6. Atkins' Physical Chemistry
  7. Callen, H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics
  8. Callen, Herbert B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons, 1985.