物理代写|热力学代写thermodynamics代考|MECH337

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热力学Thermodynamics广义地说,热力学就是关于能量的:能量如何被利用,以及能量如何从一种形式转变为另一种形式。在很多情况下,热力学包括利用热做功,就像你的汽车发动机,或者做功来传递热量,就像你的冰箱。有了热力学,你就能知道事物如何有效地将能量用于有用的目的,比如移动飞机、发电,甚至骑自行车。

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物理代写|热力学代写thermodynamics代考|MECH337

物理代写|热力学代写thermodynamics代考|The M–B Method: System Constraints and Particle Distribution

Recall that the M-B method presumes an isolated system of independent particles. For an isolated system, the total mass and energy of the system must remain constant. Hence, we have two system constraints that can be expressed as
$$
\begin{aligned}
& N=\sum_j N_j=\text { constant } \
& E=\sum_j N_j \varepsilon_j=\text { constant },
\end{aligned}
$$
where $N_j$ is the number of particles occupying the $j$ th energy level with energy, $\varepsilon_j$. Expressing the total number of particles, $N$, and the total energy, $E$, in terms of summations over all possible energy levels inherently implies independent particles. We also note that the total system energy, $E$, must, of course, be equivalent to the macroscopic internal energy, $U$.
The specification of the number of particles, $N_j$, within each energy level, with its respective energy, $\varepsilon_j$, is called the particle distribution. The ratio, $N_j / N$, indicates either (1) the fraction of total particles in the $j$ th energy level or (2) the probability that a single particle will be in the $j$ th energy level. Many distributions are, of course, possible, and these distributions vary continuously with time because of particle collisions. However, considering the vast number of possible distributions, temporally averaging over all of them would be an overwhelming task. Fortunately, however, we know from classical thermodynamics that properties such as the internal energy have a well-defined value for an isolated system, thus suggesting that a most probable distribution might define the equilibrium state for a system containing a large number of atoms or molecules. We will pursue this strategic point further in Section 3.4.

物理代写|热力学代写thermodynamics代考|The M–B Method: Microstates and Macrostates

We have seen in the previous section that a particle distribution is ordinarily specified by the number of particles in each energy level, $N_j\left(\varepsilon_j\right)$. Because of its importance for the M-B method, this particle distribution is called a macrostate. We could, of course, consider more directly the influence of degeneracy and specify instead the number of distinct particles in each energy state, $N_i\left(\varepsilon_i\right)$. This more refined distribution is called a microstate. Clearly, for each separate macrostate, there are many possible microstates owing to the potentially high values of the degeneracy, $g_j$. Hence, the most probable distribution of particles over energy levels should correspond to that macrostate associated with the greatest number of microstates.

Based on the above notions of microstate and macrostate, we may recast the two basic postulates of statistical thermodynamics in forms suitable for application to the MB method. Therefore, for an isolated system of independent particles, we now have the following:

  1. The time average for a thermodynamic variable is equivalent to its average over all possible microstates.
  2. All microstates are equally probable; hence, the relative probability of each macrostate is given by its number of microstates.

In making the above transformations, we have associated the microstate of the M-B method with the system quantum state of the Gibbs method, as both reflect a distribution over energy states. Hence, for the ergodic hypothesis, the ensemble average over all possible system quantum states is replaced by the analogous average over all possible microstates. Similarly, if each system quantum state is equally likely, then every microstate must also be equally likely. As a result, the most probable macrostate must be that having the largest number of microstates.

物理代写|热力学代写thermodynamics代考|MECH337

热力学代写

物理代写|热力学代写thermodynamics代考|The M–B Method: System Constraints and Particle Distribution

回想一下,M-B方法假定一个由独立粒子组成的孤立系统。对于一个孤立系统,系统的总质量和总能量必须保持不变。因此,我们有两个系统约束,可以表示为
$$
\begin{aligned}
& N=\sum_j N_j=\text { constant } \
& E=\sum_j N_j \varepsilon_j=\text { constant },
\end{aligned}
$$
其中$N_j$是占据$j$第1能级的粒子数,能量为$\varepsilon_j$。用所有可能能级的总和来表示粒子总数$N$和总能量$E$,本质上意味着独立的粒子。我们还注意到,系统总能量$E$,当然必须等于宏观热力学能$U$。
每个能级内的粒子数$N_j$及其各自的能量$\varepsilon_j$的规格称为粒子分布。比值$N_j / N$表示(1)在$j$第1能级上的总粒子的比例,或(2)单个粒子在$j$第1能级上的概率。当然,有许多分布是可能的,由于粒子碰撞,这些分布随时间连续变化。然而,考虑到大量可能的分布,暂时对它们进行平均将是一项艰巨的任务。然而,幸运的是,我们从经典热力学中知道,诸如内能之类的性质对于孤立系统有一个定义良好的值,从而表明一个最可能的分布可能定义包含大量原子或分子的系统的平衡状态。我们将在第3.4节进一步探讨这一战略要点。

物理代写|热力学代写thermodynamics代考|The M–B Method: Microstates and Macrostates

我们在前一节中已经看到,粒子分布通常由每个能级上的粒子数来指定,$N_j\left(\varepsilon_j\right)$。由于它对M-B方法的重要性,这种粒子分布被称为宏观状态。当然,我们可以更直接地考虑简并的影响,而不是指定每个能态中不同粒子的数量,$N_i\left(\varepsilon_i\right)$。这种更精细的分布被称为微观状态。显然,对于每个单独的宏观状态,由于简并度的潜在高值$g_j$,存在许多可能的微观状态。因此,粒子在能级上最可能的分布应该对应于与最大数量的微观状态相关联的宏观状态。

基于上述微观和宏观状态的概念,我们可以将统计热力学的两个基本公设改写成适合于MB方法的形式。因此,对于一个由独立粒子组成的孤立系统,我们现在有:

一个热力学变量的时间平均值等于它在所有可能的微观状态上的平均值。

所有微观状态都是等概率的;因此,每个宏观状态的相对概率由其微观状态的数量给出。

在进行上述转换时,我们将M-B方法的微观态与吉布斯方法的系统量子态联系起来,因为两者都反映了能量态的分布。因此,对于遍历假设,所有可能的系统量子态的系综平均值被所有可能的微观态的类似平均值所取代。类似地,如果每个系统量子态都是等可能的,那么每个微态也必须是等可能的。因此,最可能的宏观状态必须是具有最多微观状态的状态。

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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