Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 4

Like dokumenter
Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 2

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 1

UNIVERSITETET I OSLO

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 3

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 8. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Kondenserte fasers fysikk Modul 4

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

KJM2600-Laboratorieoppgave 5

Oppgave 4. Med utgangspunkt i eksemplet gitt i oppgaveteksten er veien ikke lang til følgende kode i Matlab/Octave:

UNIVERSITETET I OSLO

Oblig 1 FYS2130. Elling Hauge-Iversen

1 d 3 p. dpp 2 e β Z = Z N 1 = U = N 6 1 kt = 3NkT.

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

UNIVERSITETET I OSLO

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 7. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

Lab 8 Resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (B W ) og Q-faktor.

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl torsdag 15. desember 2016 Bokmål

TMA Kræsjkurs i Matlab. Oppgavesett 1/3

En innføring i MATLAB for STK1100

Løsningsforslag til øving 10

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

P (v) = 4π( M W 2πRT ) 3 2 v 2 e Mv 2 2RT

KJM2600-Laboratorieoppgave 4

Obligatorisk oppgave 1

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Tirsdag 9. aug 2011

UNIVERSITETET I OSLO

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

KJM2600-Laboratorieoppgave 2

MAT1120 Plenumsregningen torsdag 26/8

Kondenserte fasers fysikk Modul 3

Løsningsforslag: oppgavesett kap. 9 (1 av 3) GEF2200

Et meteorologisk eksempel

UNIVERSITETET I OSLO

Et meteorologisk eksempel

Obligatorisk oppgave 2

TMA4245 Statistikk Høst 2016

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014 Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Mandag 12. august, 2013

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

Exercises population. Øyvind Ryan

V1 = input( Gjett p V1: ) %%Riktig verdi er omtrent V1= ; %%f.eks gir 4*E-4 i feil for T=123K. %%Bestemmer tilsvarende P1: P1 =

Tabell 1: Beskrivende statistikker for dataene

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Kandidat 11

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

FYS1120: Oblig 2 Syklotron

Løysingsframlegg Eksamen TFY 4230 Statistisk Fysikk onsdag 17/

Øving 13. Et diffraksjonsgitter med N meget smale spalter og spalteavstand d resulterer i en intensitetsfordeling. I = I 0, φ = πdsin(θ)/λ

41070 STABILITET I ELKRAFTSYSTEMER

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

Universitetet i Oslo FYS Labøvelse 1. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden Kristian Haug

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

EKSAMENSOPPGAVE. - Ett A4 ark med selvskrevne notater (begge sider) - Kalkulator. - Molekylbyggesett. Rute

i=1 x i = og 9 x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x

11. september Institutt for geofag Universitetet i Oslo. GEO En Introduksjon til MatLab. Kapittel 6 + en hel del ekstra.

Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

MATLAB for STK1100. Matematisk institutt Univeristetet i Oslo Januar Enkel generering av stokastiske variabler

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Eksamen i: Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato: Tirsdag 26. februar 2013 Tid: Kl 09:00 13:00

Løsningsforslag til øving 12

Løsningsforslag til øving 10

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever AA6526 Matematikk 3MX Privatister eksamensoppgaver.org

Folkevandringstelling

FYS2130 forelesning 1. februar 2013 Noen kommentarer til kapittel 3: Numeriske løsningsmetoder

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

HØGSKOLEN I STAVANGER

Matlab-intro MUS4218

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Obligatorisk oppgavesett 2 MAT1120 H16

Universitetet i Oslo FYS Labøvelse 3. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden Kristian Haug

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Eksamen TFY 4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystem, våren 2012

Løsningsforslag til øving 1

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

eksamensoppgaver.org x = x = x lg(10) = lg(350) x = lg(350) 5 x x + 1 > 0 Avfortegnsskjemaetkanvileseatulikhetenstemmerfor

Snøtetthet. Institutt for matematiske fag, NTNU 15. august Notat for TMA4240/TMA4245 Statistikk

Sted Gj.snitt Median St.avvik Varians Trondheim Værnes Oppdal

MAT-INF 2360: Obligatorisk oppgave 2

MATLAB-OPPGAVER I IGR1601 MATEMATIKK 2 VÅREN 2017

MAT-INF 2360: Obligatorisk oppgave 3. Løsningsforslag

Oppsummering av STK2120. Geir Storvik

Gruvedrift. Institutt for matematiske fag, NTNU. Notat for TMA4240/TMA4245 Statistikk

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

EKSAMENSOPPGAVE MAT-0001 (BOKMÅL)

MAT-INF 2360: Obligatorisk oppgave 2

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

FYS216 ermodynamikk og statistisk fysikk Oblig 4 Sindre Rannem Bilden 23. september 215

Oppgave.5 - Rotasjon av diatomiske molekyler a) Skriv ned partisjonsfunksjonen Z R ( ) Z R ( ) =Σ j g(j)e ε jβ =(2j + 1)e j(j+1)kβ j(j+1) =(2j + 1)e b) Lag et program som plotter uttrykket i partisjonsfunksjonen for forskjellige verdier av /. Får ut plottene som vist under: Figur 1: Plot av j sitt bidrag P til partisjonsfunksjonen opp mot/. Figur 2: Plot av j sitt bidrag P til partisjonsfunksjonen ved forskjellige verdier av /. j = 5 # maximum state = linspace (1E -1,3,1) #[ theta ] J = linspace (,j,j +1) P = P = (2* j +1)* exp ( -( j *( j +1))/ ) plot (,P, label = 'j =% i ' %j) xlabel ( ' [ theta ] ') ylabel ( 'P(j) ') savefig ( ' OB4_b_plot. png ') j = 2 # maximum state = [1E -2,1E -1,1,.5 E1,1 E1,.5 E2 ] J = linspace (,j,1) for t in : P = (2* J +1)* exp ( -( J *( J +1))/ t) plot (J,P, label = '[ theta ]=% g ' %t) xlabel ( 'j ') ylabel ( 'P(j) ') legend () savefig ( ' OB4_b_plot_2. png ')

c) Finn Z r in grensen. (Konverter til et integral) Ved vil tilstand j max, den tilstanden med høyest energi og bidrar til Z være høy. Siden j max dj = 1 kan vi skrive om summen til et integral: Z g(j)e εj/k dj = (2j + 1)e j(j+1)k/k dj Setter vi j(j + 1) = u får vi u = 2j + 1 og = = = [ e (2j + 1)e u e du ] u = [ 1] = u du 2j + 1 d) Finn Z r in grensen. (a kun med noen få elementer i summen) e) Finn energien U( ) for høye og lave temperaturer av. Har U dβ ln(z) Høy temperatur blir da: U( ) dβ ln dβ ( ) dβ [ln( ) ln()] [ ( 1 ln kβ ) ln( ) dβ [ln(1) ln(k) ln(β) ln()] ( = 1 ) β =k For lave temperaturer: U( ) dβ ln ( 1 + 3e 2 ] ) dβ ln ( 1 + 3e 2kβ) d dβ 3e 2kβ =6k e 2/ Z r =Σ n j=g(j)e ε j/k =(1)e 2 + (3)e ( =(1)e + 3 =1 + 3e 2 e + (5)e 6... ) 2 ( ) + 5 e 6 +... For vil alle ledd over første orden være forsvinnende liten. f) Finn varmekapasiteten C V ( ) for høye og lave temperaturer. Har at C V = U N,V For høy temperatur får vi C V ( ) = k, for lav temperatur får vi: C V ( ) = 6ke 2/ ( ) 1 =6k 2 e 2/ =12k 2 ( ) 2 e 2/

g) Skriv et program som beregner partisjonsfunkjsonen Z(, N, V ) for en spesi- k verdi av / (Hvordan vil du sørge for å få tilstrekkelig med termer i summen?) j = 1 # maximum state = linspace (1E -1,1,1) #[ theta ] J = linspace (,j,j +1) k = 8.6 E -5 Z = P = (2* j +1)* exp ( -( j *( j +1))/ ) Z += P plot (,, label = 'Z= [ theta ] ') plot (,Z, label = ' Z_num (j =% i) ' %j) plot (,Z -, label = ' Diff.(% g) '\ %( Z [ -1] - [ -1])) xlabel ( ' [ theta ] ') ylabel ( 'Z() [ theta ] ') savefig ( ' OB4_g_plot. png ') Fra deloppgave b) ser vi bidraget fra de forskjellige verdiene av j, ved å inkludere alle j-verdier som bidrar med over δ til Z vil man få en tilstrekkelig tilnærming om δ er relativt liten. h) Bruk programmet til å beregne Z( ) fra til. Plot resultatet. Plottet ligger som Figur 3. Figur 3: Plot av Z opp mot i enheter, tilnærmingen Z( ) = er lagt til som sammenlikning. Z(N, V, )? Finn uttrykk som du kan bruke til å nne U( ) og C V ( ) nummerisk fra Z(N, V, i ) beregnet fra diskrete verdier av i. Ved en j max = n kan vi skrive: U( i ) =Σ n g(j)p (j, i )ε j j= Z( j ) =Σ n g(j)p (j, i )ε j j= Z( j ) C V ( i ) = U( i+1) U( i ) i+1 i i) Vis at tilnærmingen for Z ved høye temperaturer er litt lav og beregn hva forskjelen er. Fra Figur 3 ser vi at tilnærmingen Z( ) = [ ] er litt lav. For relativt høye er dieransen stabilt på rundt 3. Denne feilen kommer av konverteringen fra sum til integral, hvor j max ikke tilfredstiller kravet om j max dj = 1. j) Hvordan kan du beregne energien og varmekapasiteten om du kjenner

k) Inkluder så mange ledd i partisjonsfunksjonen du mener er nødvendig og plot U( ) og C V ( ). Sammenlikn med det analytiske resultatet i høy og lav grense. Kommenter. j = 1 # maximum state = linspace (1E -1,1,1) #[ theta ] J = linspace (,j,j +1) Z = U = P = (2* j +1)* exp ( -( j *( j +1))/ ) Z += P u = P *( j *( j +1)) U += u U = U/Z Un = 6* e **( -2/ ) C = zeros (( len ( ),1)) k = ones (( len ( ),1)) d = [1] - [] for i in range (, len ( ) -1): C[i] = (U[i +1] - U[i ])/ d C = 12*(1/ )**2* e **( -2/ ) # PLO U subplot (2,1,1) title ( 'U() ') plot (,, label = ' Analytic [ H ] ') plot (,Un, label = ' Analytic [ L ] ') plot (,U, label = ' Nummeric ') ylabel ( 'U() [ ev / theta ] ') subplot (2,1,2) title ( ' C_V () ') plot (,k, label = ' Analytic [ H ] ') plot (,C, label = ' Analytic [ L ] ') plot (,C, label = ' Nummeric ') xlabel ( ' [ theta ] ') ylabel ( 'C() [ ev ] ') legend ( loc =4) savefig ( ' OB4_i_C. png ') Figur 4: Plot av analytisk og nummerisk uttrykk for U og C. ilnærmingene for lav og høy temperatur for C V stemmer godt, men i temperaturintervallet mellom 1 2 < < 2 oppfører C V seg som en kombinasjon av disse tilnærmingene. Ser at tilnærminen for lav temperatur stemmer godt ved. ilnærmingen for høy temperatur har en fast feil som kommer fra feilen i Z (diskutert tidligere).