Файл: Магалинский, В. Б. Методы статистической теории равновесных состояний.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 84

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Этот результат

можно получить и

м е т о д о м

п р о и з в о д я щ и х

 

ф у н к ц и о н а л о в .

Для

этого проваріируем уравнение

(3,50')

по

, после чего

положим ^

= 0. Учитывая (3.90")

,: находим

 

 

8 9 , : у _ ^ 9 . ) ( в г

 

 

(3 .96)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S y jo

 

^

 

 

V s ^

 

 

 

Согласно'(З.ЭЗ) ...

 

 

 

 

 

поэто-

му, учитывая (3 .7 3 )

,

получим

 

 

 

 

 

s ?

4.

 

Ж

ъ Л ) ( к іг+ K J .

fc-92")

 

13

 

§ ^ 2

 

2.

Ъ9

 

 

 

 

 

Если теперь подставить (3,.92|,)в вариационную произ­

водную (З.ЗО ')

по

 

и учесть замечания,

сделанные при

выводе (3 .9 5 ) ,

то

вновь: получим уравнение Орнштейна -Цер~

нике, на этот раз в

форме (3 .8 6 f) ,

с

пр.чмой корреляцион­

ной функцией (3.95),.

о й,

М а й е р ) , .

 

 

Уравнение Орнштейна-Цернике с ядром (3 .9 5 ) примеча­

тельно тем,

что

термические уравнения состояния,

р “10 счи­

танные на основе его решений как по теореме вириала Клау­

зиуса (3 .1 3 ) ,

так и о помощью интеграла сжимаемости

(3 .2 4 )

. в точности

с о в п а д а ю т *

Действительно,

интегрируя уравнение (8 .86 .) или (3.87) по

объему? полу­

чим ОО

 

 

 

 

 

 

<5

( х ) /(ІТ 7. d Z

-1 +

9 \ Ѵ ( х ) / чі " L c l z

(3*97.)

 

 

 

 

 

 

0'

 

 

.

'

 

 

Отсюда согласно

(3.24)

 

 

9

 

 

= ;•={= (Ц )т ,

С3.98)

где

р = Р* -

§ Т

-

конфигурационное давление. Если

тепеоь

подставить в

левую часть (3 .9 8 ) С (х)

из(3.95) „

IUI


а в правую часть (3 .9 8 )

р

из (3 .1 3 ) ,

то

получится тож-

дество.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бриближение локальной параметрической

зависимости

(3 .9 0 ") позволяет

получить

соотношения между

м н о г о -

т о ч е ч н ы м и

корреляторами

плотности (3 .7 5 ).. В соот­

ветствии

с (3 .9 0 1') ..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обобщением (3.93)

будет

арифметическое,

среднее

плот­

ности

на

конфигурации

I . .. S

 

,

т .е .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3 .100)

Теперь проварьируеы (3 .99)

по ^

+1, учтем

 

(3 .7 5 ') .

(3.100)

и (3 .73)

, после чего

положим

ір

= 0 ,

В результате

полу­

чим обобщение (3.92")

на

случай

многих

переменных:

 

 

В силу предположений,

сделанных при выводе этой фор­

мулы,

она описывает

а с и м п т о т и ч е с к о е

 

по­

ведение многоточечного коррелятора в том случае», когда

точки

I ... S

находятся в

пределах, сферы действия,

т .е .

когда Т ; .

Q.

при

\ $

L ^

j

* S

, а

точка

S

+

I

от

них у

д а

л е н а

,

так

что

"£■_ s+| ^

Q 0> I 6

i. ё

s .

Таким образом,

формула (3 .I0 I) определяет

асимптотическое

поведениа корреляций

на

 

б о л ь ш и х

р

а с с т о я ­

н и я х .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

Проинтегрируем (З .ІО і)

по всем S-+

координатам. •

Совмещая начало

координат с

тонкой

S -+ I

 

и учитывая

поостоанствѳннув однородность системы,, Тюлучим

102


По формуле (1 .49) из гл.'

I , § 3

N ) z —Т

 

поэтому' ______ ■

 

 

 

 

 

( Д

N)S+1

 

 

 

(ЗДО20

Следовательно, а с и м п т о т и ч е с к и е

соот­

ношения (3,101) обеспечивают

п р а в и л ь н у ю

связь

между центральными моментами числа частиц для большого

канонического

ансамбля.. Поэтому можно сказать, что

асимп­

тотические формулы (З .ІО І)

„ вытекающие

из приближения

локальной параметрической

зависимости,

т е р м о д и н а ­

м и ч е с к и

с о г л а с о в а н ы

в

смысла флуктуациг-

онных теорем для числа частиц.

Взаключение подведем некоторые итоги..

Вэтом параграфе нами рассмотрены два способа замы­ кания цепочки уравнений Боголюбова, а именно.* п р и б л и ­

ж е н и е с а м о с о г л а с о в а н н о г о п о л я у. п р и б л и ж е н и е л о к а л ь н о й я а ß а м е т

р и ч е с к о й

з а в и

с и м о с т и , ,

из которого, как

частный случай,

следует

рассмотренное в

предыдущем пара­

графа

с у п е р п о з и ц и о н н о е

п р и б л и ж е ­

н и е .

 

 

 

 

Существуют и другие, физически не

столь ясный спосо­

бы замыкания, которые мы здесь не рассматриваем».

Таким образомпрограмма расчета равновесных свойств вещества методом функций распределения состоит из следую­ щих основных этапов:

1.Установление функциональной связи между трехчаотнчной и двухчастичной' (бинарной) функциями распределения и построение приближенного уравнения для бинарной радиаль­ ной 'функции..

2.Решение этого уравнения.

3. Расчет термического и калорического уравнений состоя­ ния с помощью ( З .І іО . (З .ІЗ ) или (3.24) ..

Эта программа содержи? ряд недостатков, а в настоя­ щее время наталкивается на значительные трудности*

ЮЗ


Главный недостаток состоит в существующем произвола в выборе способов замыкания.. Он вызван тем, что при осу­ ществлении процедуры замыкания приходится делать предпо­ ложения о свойствах такой сложной и малоизученной характе­

ристики вещества,, как его

т р е х ч а с т и ч а а я

ф у н к ц и я .

Последняя не допускает

столь

разнообразной

и наглядной физической интерпретации,

как двухчастичная

функция, а ее экспериментальное определение

весьма за­

труднительно». Кроме того,

как указывалось в

пункта б)из

§ S этой главы» процедуры замыкания противоречивы с точ­

ки зрения законов термодинамики».

 

 

О размере

труднготей,

возникающих на пути реализации

метода функций распределения, свидетельствует уже то, что этим методом не воспроизведены пока даже простейшие точ­

ные результаты, полученные

прямым расчетом статистическо­

го интеграла

(см .гл.і')»

 

В такой

ситуации наряду с дальнеіішим, развитием мвг-

тода функций распределения

целесообразно развивать более

простые и эффективные метода, расчета». Один из таких мето­ дов будет рассмотрен в следующей главе» Он позволяет в

полной мере

использовать некоторые о б щ и е с в о й -

ства. только

д в у х ч а с т и ч н о й функции и не

требует использования более сложных функций распределе­

ния.

Упражнения к главе

Ш.

 

 

 

 

 

 

Ш.1. Подучить из

теоремы вириала Клаузиуса (1.25.) форму­

 

 

лу (3 .1 3 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ш.2

Показать,

что для системы твердых сфер с притяжени­

 

 

ем, ковда

ф

(Ч.) =

осэ

при

Ъ

<■ 0 ,0 , <ф(Ѵ ) =■

=

-

£ 0 (С\0 / ‘С.)т

при

Ъ >

C\Q( п о т е н ц и а л

 

 

К й е з о м а )

из

 

(3 .13)

и

( З .І Р ) следует jâ ріГ=

=

(0 ü ü f z ) И

(а0) +

тп р>и

 

,

 

где С0о=

/з,

 

 

W ( а 0)

= 9

(Q о)

 

"

величина относительной

плот­

 

 

ности на поверхности

сферы отталкивания (У к а

э а-

 

 

н и е:

положить

^

(т.)

= /\(т .)ехр> [- р ф (~ с )] .

Ш.З

Раскладывая Р

и

9

 

в ряды по степеням плотное-


 

ти

9

» найти из условия совместности формул

 

(3 .13) и

(3.24) радиальную функция

в нулевом прибли­

 

жении до

 

9

 

 

 

 

 

Ш.4. Вывести из

(3.26)

формулу (3 .2 7 ),

 

 

 

Ш.б.

Показать,

что вириальное разложение функций распре­

 

деления

(3 .3 8 )

о коэффициентами (3.40)

, удовле­

 

творяет

уоловию ослабления корреляций

(3,6)с Ff = (.

Ш.б

Найти с помощью (3 .44),

(3.45) и (3 .13)

или (3.24)

 

первые три коэффициента в разложении давления по сте­

 

пеням плотности и сравнить с соответствующими ре­

 

зультатами

гл.П.

 

 

 

 

 

Ш.7. Вычислить о помощью (3 .4 4 ), (3.45;

первую поправку

 

к радиальной функции'для сиотеыы твердых офер без

 

притяжения,

когда ф>(с-)=ос? при Z< C lQ,

ф ( о ) = О,

 

при

'6 > Q Q ■ Результат

проанализировать,

 

Ш.8

Найти из

уравнений цепочки Боголюбова вторую поправ-о

 

ку по степеням плотности к функции распределения и

 

сравнить ее о результатом вирийльного разложения

 

(3 .38),

(3 .40).

 

 

 

 

 

Ш.9

Сравнить первые коэффициенты вириального

разложения,,

 

вычисленные в суперпоэиционком приближении (3.64)

 

и в

приближении самосогласованного

поля (3 .87),

 

(3 .8 9 ) о

их точными значениями из

(3 .4 0 ). Выяснить,

 

в учете каких диаграмм начинается расхождение с точ­

 

ным результатом,.

 

 

 

 

 

14-896