المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11606 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

أهمية ثلاثي كليسيريد الدم ( Triglyceride )
2024-12-26
صفات وخصائص المتعصبين
2023-02-16
مباحث الأصول العملية
4-9-2016
Three Theories of Acids and Bases
23-6-2016
يحيى بن زكريّا عليهما السّلام
2023-03-28
التعارف بين أهل الشاب وأهل الفتاة
2023-09-24

Speed of Sound in Quantum Gases  
  
1376   03:41 مساءاً   date: 4-9-2016
Author : Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 2 , p 33


Read More
Date: 1-8-2016 940
Date: 18-8-2016 956
Date: 11-8-2016 1107

Speed of Sound in Quantum Gases

The sound velocity u in a spin-1/2 Fermi gas is given at τ = 0 by

where ρ = mn, m is the mass of the gas particles, and n is the number density.

a) Show that

where μ is the chemical potential.

b) Calculate the sound velocity in the limit of zero temperature. Express your answer in terms of n, m.

c) Show that

in a Bose gas below the Bose–Einstein temperature.

SOLUTION

a) The Gibbs free energy G is a function of (P, τ), which do not depend on the number of particles; i.e.,

(1)

where f(P, τ) is some function of (P, τ). On the other hand,

(2)

Therefore, μ = G/N for a system consisting of identical particles, and we may write for μ:

(3)

where s = S/N and v = V/N. From (3) we have

and we recover

(4)

b) The number of quantum states in the interval between p and p + dp for a Fermi gas is

(5)

where g = 2s + 1. At τ = 0, electrons fill all the states with momentum from 0 to pF, so the total number of electrons N is given by

(6)

For s = 1/2, g = 2, and

(7)

or

(8)

The total energy of the gas

(9)

Substituting pF from (8), we obtain

(10)

Using the equation of state for a Fermi gas,

we have

(11)

Now, using (11), we can calculate u2:

(12)

Alternatively, we can use the expression obtained in (a) and the fact that, at τ = 0, the chemical potential μ ≡ εF. From (8),

(13)

and we again recover (12) in

(14)

c) We can explicitly calculate the total energy of the Bose gas, which will be defined by the particles that are outside the condensate (since the condensed particles are in the ground state with ε = 0). At a temperature below the Bose–Einstein condensation τ < τ0, the particles outside the condensate (with ε > 0) are distributed according to a regular Bose distribution with μ = 0:

(15)

The total number of particles outside the condensate is  therefore

(16)

The energy of the Bose gas at τ < τ0 is

(17)

The free energy F is

since G = μN and μ = 0. So the pressure

(18)

So we see that the pressure does not depend on the volume and

at τ < τ0. We could have determined the result without the above calculations since μ = 0 at τ ≤ τ0; the particles which are inside the condensate (with ε = 0) have no momentum and do not contribute to pressure.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.