Analisi e critica dei metodi termostatistici di Boltzmann e Gibbs

Bilancia, Gabriele (2020) Analisi e critica dei metodi termostatistici di Boltzmann e Gibbs. [Laurea], Università di Bologna, Corso di Studio in Fisica [L-DM270]
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Abstract

Il contrasto fra l'approccio alla termodinamica statistica di Gibbs e di Boltzmann è un problema tutt'ora aperto e discusso. Tale ambito è terreno ricco di dibattiti che vertono su quale dei due lavori teorici porti alla definizione più consistente della termodinamica in termini microscopici. In particolare negli ultimi anni, con il raggiungimento di importanti risultati inerenti l'argomento, è stato riaperto il problema concentrandosi sul concetto di temperatura assoluta negativa. Infatti questa apparentemente peculiare situazione fisica è del tutto compatibile con la trattazione termodinamica di Boltzmann, ma non compare assolutamente con l'approccio di Gibbs. Scopo di questa tesi è analizzare in modo critico la definizione di entropia alla quale si arriva seguendo i diversi ragionamenti dei due fisici portando alla luce forti differenze tra i risultati che si conseguono utilizzando l’uno o l’altro metodo anche facendo riferimento alla considerevole quantità di articoli scientifici pubblicati al riguardo e si mostrerà come i due differenti approcci portino comunque agli stessi risultati nel limite termodinamico. Inoltre si commenteranno vari esperimenti riguardanti temperature negative e le condizioni fisiche necessarie per il raggiungimento di queste. Infine per dare a tale lavoro un certo senso di concretezza si analizzerà un sistema formato da un Gas di N atomi avente un spettro interno a due livelli e si mostrerà come le differenze fra l'approccio di Gibbs e quello di Boltzmann, per determinate quantità misurabili, tendano a diminuire in modo proporzionale a $ N^{-1/2}$ ovvero molto meno velocemente dell' andamento atteso di $1/N$. Tale considerazione rende possibile sperare la fine di tale controversia alla base della termodinamica statistica con il raggiungimento di un concreto risultato sperimentale che possa mettere fine alle ambiguità sulla scelta dei due diversi modelli statistici.

Abstract
Tipologia del documento
Tesi di laurea (Laurea)
Autore della tesi
Bilancia, Gabriele
Relatore della tesi
Scuola
Corso di studio
Ordinamento Cds
DM270
Parole chiave
Temperatura assoluta negativa,Entropia Gibbs,Entropia Boltzmann
Data di discussione della Tesi
13 Marzo 2020
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