Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 20.4 - Ex. 47
Uma caixa contém moléculas de um gás. A caixa é dividida em três partes iguais.
Por extensão da Eq., escreva uma fórmula para a multiplicidade de qualquer configuração dada.
Considere duas configurações: a configuração , com números iguais de moléculas nas três divisões da caixa, e a configuração , com números iguais de moléculas em cada lado da caixa dividida em duas partes iguais em vez de em três. Qual é a razão entre a multiplicidade da configuração e a confoguração ?
Calcule para . (Como não é divisível por , ponha moléculas em uma das três partes da configuração e moléculas nas duas outras partes).
Passo 1
Olá pessoal, tudo bem? Vamos treinar um pouco de mecânica estatística? Bora lá?
A equação que o enunciado fala é a equação que fornece o número de multiplicidade de estados possíveis para uma certa configuração de dois níveis de energia e :
Caso tenhamos mais um nível, ou como nesse caso, se dividirmos a caixa em três partes, vamos ter de adicionar mais um número no denominador.
Daí a fórmula para a multiplicidade vai ser:
Beleza até aqui?
Passo 2
- Para a configuração , a multiplicidade terá três divisões, então vamos ter . E como cada parte da caixa vai receber o mesmo número de moléculas, então em cada parte vai ter moléculas.
- Para a configuração , a multiplicidade terá DUAS divisões, então vamos ter . E como cada parte da caixa vai receber o mesmo número de moléculas, então em cada parte vai ter moléculas.
Daí é só aplicar isso na fórmula que achamos no passo anterior:
Daí é só aplicar de novo isso na fórmula que achamos no passo , mas agora só com :
Daí ficou tranquilo determinar a razão . Vamos dividir uma expressão pela outra:
Ficou grande né? Mas calma! Podemos simplificar um pouquinho.
O número total de partículas é igual para as duas confogurações, então pode ser cancelado. Também podemos juntar e ficar com uma fração só, fazendo a rega de divisãod e frações : “conserva a primeira e multiplica pelo inverso da segunda”.
Daí chegamos a:
Passo 3
Agora queremos para . Então vamos substituir na fórmula que foi resultado da letra :
Fechou? Show!
Vamos pra próxima? =)