Lämpötilakokonaisuutta

Lämpötilakokonaisuus on termi, jota käytetään termodynamiikassa ja tilastollisessa mekaniikassa kuvaamaan järjestelmän mikrotilojen joukkoa, joka on määritetty vakiolämpötilalla. Siitä voi ajatella, että kyse on tilakokonaisuudesta, jossa lämpötila toimii keskeisenä rajoitteena ja jonka tilat painottuvat tilastollisesti energian perusteella.

Suhteessa tilakokoelmiin lämpötilakokonaisuus vastaa erityisesti kanonista tilakokonaisuutta (canonical ensemble). Siinä järjestelmä voi vaihtaa energiaa lämpöbathin kanssa, ja kullekin mikrotilalle E annetaan todennäköisyysprosentti p ∝ exp(-E/(k_B T)). Näin määritelmä saavuttaa normaalinisaation partition function Z(T,V,N), jolloin kaikkien havaittavien suurmuuttujien odotusarvot voidaan laskea kanonisen tilan perusteella.

Muita tilakokoelmia ovat mikrokokonaisuus (microcanonical ensemble) ja grand-kokonaisuus (grand canonical ensemble). Mikrokokonaisuudessa energia on rajoitettu, eikä lämpötila ole suora kontrolli; lämpötila voidaan kuitenkin johdella termodynaamisesti. Lämpötilakokonaisuus voi siis tarkoittaa yleisemmin termistä tilaa, jossa järjestelmän lämpötila on määritelty ja jossa tilojen todennäköisyydet määräytyvät sen mukaan.

Sovelluksissa lämpötilakokonaisuudet ovat keskeisiä simulaatioissa, kuten Monte Carlo- ja molekyylidynamiikaharjoituksissa, joissa käytetään termostaattia kanonisesta tilasta olevan näytteenkierteen saavuttamiseksi. Tärkeimmät käsitteet ovat Boltzmannin jakauma, partition function ja tilakokoelmat.

Katso myös: termodynamiikka, tilastollinen mekaniikka, kanoninen tilakokonaisuus, partition function, tilakokoelma.