由N个自旋极化的粒子组成的理想费米气体,处在径向频率为.轴向频率为,的磁光陷阱内,粒子的能量为 . 试求OK
由N个自旋极化的粒子组成的理想费米气体,处在径向频率为.轴向频率为,的磁光陷阱内,粒子的能量为
.
试求OK时费米气体的化学势和粒子的平均能量.
由N个自旋极化的粒子组成的理想费米气体,处在径向频率为.轴向频率为,的磁光陷阱内,粒子的能量为
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试求OK时费米气体的化学势和粒子的平均能量.
第1题
一理想费米气体的粒子数为N,体积为V,能量为E,粒子的态矢量为,式中,l和k是轨道量子数,自旋量子数s可取和两个值.设粒子的能级,只依赖量子数l,简并度为.假设每一个量子态上最多只能有一个粒子,并且轨道量子数,和是相同的两个量子态和不能同时被占据.如果气体处在热力学平衡态,试导出占据在能级上的粒子数al的表达式.
第2题
设有N个自旋为。的全同玻色子组成的理想玻色气体,被约束在三维各向同性谐振子势阱
中,粒子能量可取值为
当粒子能量时,ni可以当作连续变量,并可忽略零点能.证明这时粒子的态密度D(ε)为
提示:仿照§7.5(公式(7.5.8)),先求在能量0到ε之间粒子量子态总数G(ε).将连续变量ni变到,所有可以取的量子态应局限于ε=ε1+ε2+ε3构成的平面内(因εi≥o,故只计算象限).于是有
再由,即得D(ε).
第3题
由巨正则系综证明下列涨落公式:
其中“+”对应理想玻色气体,“-”对应理想费米气体.
注:从上面的结果立即看出,当满足非简并条件,即时,
上式化为
由此可见,全同费米子之间的有效排斥(源于泡利不相容原理)使ελ能级上的粒子占据数的涨落减弱(起抑制作用);而全同玻色子之间的有效吸引使涨落加强.
第6题
利用ζ函数定义及相关热力学量计算式证明,理想费米气体的压强,而超相对论性费米气体(粒子能量ε与动量p的关系为ε=cp)的压强。将此结果与一般玻色气体、光子气体进行比较。
第7题
第8题
证明:
(i)若粒子平动能谱是非相对论性的,则;
(ii)若粒子平动能谱是极端相对论性的,则.
以上结论对理想玻色气体和理想费米气体均成立(当然对满足非简并条件下的理想气体也成立).
第9题
试求由原子组成的1mol理想玻色气体的玻色一爱因斯坦凝聚温度(简称玻色温度或凝聚温度)及当T=10-4K时这种气体的化学势。已知原子质量为6.65×10-27kg,自旋为0。