计算超相对论性简并化电子(超相对论性粒子的能量与动量关系为ε=cp)费米动量pF、费米能量εF、平均能量,并证明
计算超相对论性简并化电子(超相对论性粒子的能量与动量关系为ε=cp)费米动量pF、费米能量εF、平均能量,并证明此电子气总能量为
式中,N是电子气中电子总数;V是电子气所占体积。
计算超相对论性简并化电子(超相对论性粒子的能量与动量关系为ε=cp)费米动量pF、费米能量εF、平均能量,并证明此电子气总能量为
式中,N是电子气中电子总数;V是电子气所占体积。
证明当温度远低于简并温度T0时,费米气体满足多方物态方程:
pVb=B
式中,B为常数;n为多方指数()。对非相对论性费米子,有,,对超相对论性费米子,有n=1,,g为费米子简并度。
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).
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。
相对论性电子的能量满足,其中m0是电子静止质量,c是光速。试求完全简并性电子气体的能量和物态方程。
(1) 根据相对论协变的力学方程,证明相对论性加速带电荷q的粒子的辐射场用作用力表示为
其中δ=(1-β·er)-1,ret表示时刻时的值
(2) 利用公式(A×B)2=A2B2-(A·B)2,计算[(er-β)×F2]。和[F·(er×β)]2;
(3) 利用上述公式,证明带电粒子的辐射功率的角分布公式用作用力表示为
已知极端相对论电子气体中,电子能量与动量的关系为=cp.设此气体是完全简并的,电子数密度为n,求气体在T→0时能量及压强.
一个质量为m,电荷为e的粒子在一个平面上运动,该平面垂直于均匀静磁场B。
(1) 计算辐射功率,用m,e,B,γ表示(E=γmc2);
(2) 若在t=t0时,E0=-γ0mc2,求E(t);
(3) 若初始时刻粒子为非相对论性的,其动能为T0,求时刻t粒子的动能T。
在势场中作低速运动的粒子,计及相对论质能关系后,Hamilton量可以近似取为
(1)
其中第二项为动能的相对论修正,可以作为微扰处理.(这里没有考虑与自旋有关的相对论修正项.)试对谐振子和类氢离子,计算这个修正项对能级的影响.