Ideal Gas Partition Function

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A simple application of the partition function is achieved by studying the case of an ideal gas.

>Model

ID:(177, 0)



Ideal Gas Partition Function

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A simple application of the partition function is achieved by studying the case of an ideal gas.

Variables

Symbol
Text
Variable
Value
Units
Calculate
MKS Value
MKS Units
$\beta$
beta
Beta
1/J
$C_p$
C_p
Capacidad calorica a presión constante
J/K
$C_V$
C_V
Capacidad calorica a volumen constante
J/K
$k_p$
k_p
Compresibilidad isotermica
1/Pa
$k_B$
k_B
Constante de Boltzmann
J/K
$h$
h
Constante de Planck
J s
$\rho$
rho
Densidad del medio
m/s
$k_T$
k_T
Dilatación térmica
1/K
$E$
E
Energía del sistema
J
$Z$
Z
Función partición
-
$m$
m
Masa de la partícula
kg
$N$
N
Numero de partículas
-
$p$
p
Presión
Pa
$T$
T
Temperatura
K
$c$
c
Velocidad del sonido
m/s
$V$
V
Volumen
m^3

Calculations


First, select the equation:   to ,  then, select the variable:   to 

Symbol
Equation
Solved
Translated

Calculations

Symbol
Equation
Solved
Translated

 Variable   Given   Calculate   Target :   Equation   To be used



Equations


Examples

La funci n partici n de un gas ideal se calcula del integral sobre la gaussiana del momento y las integrales sobre el volumen\\n\\n

$Z=\displaystyle\frac{1}{h^{3N}}\int\prod_id^3p_i\prod_id^3q_ie^{-\beta E}=\displaystyle\frac{1}{h^{3N}}\int\prod_id^3p_i\prod_id^3q_ie^{-\beta \sum_ip_i^2/2m}$

\\n\\ncon h que corresponde a las celdas \Delta q\Delta p con que se fragmenta el espacio de faces.\\n\\nComo la integral en el volumen para N part culas es \\n\\n

$V^N$

\\n\\ny la integral sobre la gauseanas del momento es\\n\\n

$\displaystyle\int_{\infty}^{\infty}dp,e^{-\beta p^2/2m}=\sqrt{\displaystyle\frac{2\pi m}{\beta}}$



Por ello la funci n partici n de un gas ideal es con list

equation

La energ a interna es con list=3534

equation=3534



Como la funci n partici n de un gas ideal es con list=819

equation=819



se puede calcular la derivada del logaritmo de la funci n partici n respecto del volumen es con list igual a

equation

Como la compresibilidad es con list=4761

equation=4761



Como la funci n partici n de un gas ideal con list=819 es

equation=819\\n\\nse puede calcular la derivada del logaritmo de la funci n partici n respecto del volumen obteni ndose\\n\\n

$\displaystyle\frac{\partial^2\ln Z}{\partial V^2}=-\displaystyle\frac{N}{V^2}$

\\n\\nPor ello la compresibilidad de un gas ideal es\\n\\n

$\displaystyle\frac{1}{ k_p }=\displaystyle\frac{N}{\beta V}=\displaystyle\frac{Nk_BT}{V}$

\\n\\no sea que con la ecuaci n de los gases\\n\\n

$pV=k_BNT$



se obtiene con list

equation

Como la compresibilidad es\\n\\n

$k_T=\displaystyle\frac{k_p}{V}\displaystyle\frac{1}{\beta}\displaystyle\frac{\partial^2\ln Z}{\partial V^2}$



Como la funci n partici n de un gas ideal es con list=819

equation=819\\n\\nse puede calcular la derivada del logaritmo de la funci n partici n respecto del volumen obteni ndose\\n\\n

$\displaystyle\frac{\partial^2\ln Z}{\partial V^2}=-\displaystyle\frac{N}{V^2}$

\\n\\ny con ello se obtiene la constante de dilataci n permita como\\n\\n

$k_T=\displaystyle\frac{k_p}{V}\displaystyle\frac{1}{\beta}\displaystyle\frac{N}{V^2}=\displaystyle\frac{k_p V}{N}$

\\n\\nComo es un gas ideal se tiene que\\n\\n

$k_p=\displaystyle\frac{1}{p}$

\\n\\ny con la ecuaci n de los gases\\n\\n

$pV=Nk_BT$



se tiene finalmente que con list es

equation

La capacidad cal rica es con list=4760

equation=4760



Como la funci n partici n de un gas ideal es con list=819

equation=819



se obtiene que para el caso de un gas ideal con list

equation

Para calcular la capacidad cal rica para presi n constante se puede empelar la relaci n con list=3613

equation=3613



Como la dilataci n t rmica es con list=4763

equation=4763



la compresibilidad es con list=4762

equation=4762



la capacidad cal rica bajo volumen constante con list=4759

equation=4759



y la ecuaci n de los gases con list=3614

equation=3614



se tiene que con list

equation

El cuadrado de la velocidad del sonido es con list=7981 igual a

equation=7981



por lo que con la compresibilidad de un gas ideal es con list=4762

equation=4762



se tiene que la velocidad del sonido al cuadrado es con list

equation


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