A statisztikus fizika néhány nevezetes eloszlása

A statisztikus fizikában a részecskéket modellezhetjük golyókkal, azt pedig, hogy melyik energiaállapotban vannak, dobozokkal. A kérdések így oda vezetnek, hogy t számú dobozba (energiaállapotok száma) bizonyos feltételek mellett hányféleképpen helyezhetünk el n golyót (részecskék száma). Természetesen adódik két feltétel: egyik, hogy minden esetben egy golyó csak egy dobozba kerülhet. A másik, hogy minden golyó ugyanakkora valószínűséggel kerülhet bármelyik dobozba.

Maxwell-Boltzmann eloszlás

Paraméterei: n, t, n1, n2, ..., nt

Leírása:
Az n golyót megkülönböztethetőnek gondoljuk. Legyen t dobozunk és úgy tekintjük, hogy bármennyi (összesen n) golyó kerülhet bármelyik dobozba. Ekkor annak a valószínűsége, hogy az első dobozba n1, a másodikba n2, …, a t.-be nt golyó kerül (ni nemnegatív egész):

Fizikai alkalmazása:
A Maxwell-Boltzmann statisztikát ideális gázokra alkalmazzák.

A valószínűség magyarázata:
Klasszikus valószínűséggel számítjuk. Az összes eset összeszámolásához írjuk fel sorban a golyókat, és írjuk mellé, hogy melyik golyó hány dobozba kerülhet. Ekkor az első golyó mellé t-féle dobozt írhatunk, a második mellé ugyancsak stb. Ezek egymástól függetlenül tehetők meg, így az összes lehetőség tn. A kedvező esetekhez megint rakjuk sorba a golyókat (n! féleképp tehetjük ezt meg), azonban az egy dobozba kerülők sorrendje nem érdekes (osztjuk sorban ni!-sal). Csak az a fontos, hogy az i-edik dobozba épp ni golyó került.

Megjegyzés.


Példa:
Egy 8 tagú baráti társaság szalad a metró felé, éppen elérik az induló szerelvényt és véletlenszerűen felugranak a 4 kocsi egyikére. Mekkora valószínűséggel utazik a társaság 3 tagja az első, 3 tagja a második és 2 tagja a harmadik kocsiban?

Megoldás.
A 8 tagú baráti társaság tagjait meg tudjuk különböztetni (megkülönböztethető golyók), a kocsikat pedig tekinthetjük dobozoknak (a negyedik üres). Így használhatjuk a Maxwell-Boltzmann statisztikát, ekkor P(3+3+2+0=8) = 8!/(3!3!2!0!)/48 = 0,008545.

vissza

Kaposvár, 2005. január
T.Cs.