, Solutions to problems from chapter 1- Collective Behavior, From Particles to Fields
1. The binary alloy: A binary alloy (as in β brass) consists of NA atoms of type A, and
NB atoms of type B. The atoms form a simple cubic lattice, each interacting only with its
six nearest neighbors. Assume an attractive energy of −J (J > 0) between like neighbors
A − A and B − B, but a repulsive energy of +J for an A − B pair.
(a) What is the minimum energy configuration, or the state of the system at zero temper-
ature?
• The minimum energy configuration has as little A-B bonds as possible. Thus, at zero
temperature atoms A and B phase separate, e.g. as indicated below.
A B
(b) Estimate the total interaction energy assuming that the atoms are randomly distributed
among the N sites; i.e. each site is occupied independently with probabilities pA = NA /N
and pB = NB /N .
• In a mixed state, the average energy is obtained from
E = (number of bonds) × (average bond energy)
= 3N · −Jp2A − Jp2B + 2JpA pB
2
NA − NB
= −3JN .
N
(c) Estimate the mixing entropy of the alloy with the same approximation. Assume
NA , NB ≫ 1.
• From the number of ways of randomly mixing NA and NB particles, we obtain the
mixing entropy of
N!
S = kB ln .
NA !NB !
Using Stirling’s approximation for large N (ln N ! ≈ N ln N − N ), the above expression can
be written as
S ≈ kB (N ln N − NA ln NA − NB ln NB ) = −N kB (pA ln pA + pB ln pB ) .
1
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper COURSEHERO2. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €10,49. Je zit daarna nergens aan vast.
