PX284 - E2 - two-level system (revisited)

__________+Δ2↑E↕Δ__________−Δ2 Z=∑iexp⁡(−βEi)=exp⁡(βΔ2)+exp⁡(−βΔ2)=2cosh⁡(βΔ2)⟹ln⁡Z=ln⁡[2cosh⁡(βΔ2)] U=−dln⁡Zdβ=−Δ22sinh⁡(βΔ2)2cosh⁡(βΔ2)=−Δ2tanh⁡(βΔ2)

tanh function.png|500
image: wolfram

F=−kBTln⁡Z=−kBTln⁡(2cosh⁡(βΔ2)) S=U−FT=−Δ2Ttanh⁡(βΔ2)+kBTln⁡[2cosh⁡(βΔ2)] ln⁡(2cosh⁡(βΔ2))=ln⁡[exp⁡(βΔ2)+exp⁡(−βΔ2)⏟tiny]→(βΔ2)∴S=−Δ2T+kBβΔ2=0 CV=(∂U∂T)V=kB(βΔ2)2sech2(βΔ2)

Pasted image 20241122105447.png