المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تأثير الأسرة والوراثة في الأخلاق
2024-10-28
تأثير العشرة في التحليلات المنطقيّة
2024-10-28
دور الأخلّاء في الروايات الإسلاميّة
2024-10-28
ترجمة ابن عبد الرحيم
2024-10-28
ترجمة محمد بن لب الأمي
2024-10-28
من نثر لسان الدين
2024-10-28


Nonrelativistic Electron Gas  
  
1025   04:04 مساءاً   date: 30-8-2016
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 32

Nonrelativistic Electron Gas

a) Derive the relation between pressure and volume of a free nonrelativistic electron gas at zero temperature.

b) The formula obtained in (a) is approximately correct for sufficiently low temperatures (the so-called strongly degenerate gas). Discuss the applicability of this formula to common metals.

SOLUTION

a) As τ → 0, the Fermi-Dirac distribution function

(1)

Figure 1.1

becomes a step function. All the states above a certain energy, ε > μ, are empty, and the states below, ε < μ, are filled (see Figure 1.1). This energy for an electron gas is called the Fermi energy. Physically, this results from the simple fact that the total energy of the gas should be a minimum. However, we have to reconcile this with the Pauli principle, which prohibits more than one electron per quantum state (i.e., same momentum and spin). This means that the states are filled gradually from zero energy to the limiting energy, εF. The number of states accessible to a free particle with absolute value of momentum between p and p + dp is

(2)

In each of these states, we can put two electrons with opposite spin (up and down), so if we consider the total number of electrons, N, contained in a box of volume V, then N is given by

(3)

Substituting p2/2m = ε, we obtain

(4)

and therefore

(5)

To calculate the total energy of the gas, we can write

where again

(6)

and therefore

(7)

and we can check that

(8)

b) The condition for strong degeneracy is that the temperature τ should be much smaller than the Fermi energy:

(9)

For typical metals, if we assume that there is one free electron per atom and a typical interatomic distance  we obtain an electron density N/V  which indicates a Fermi energy of the order of  So, most of the metals are strongly degenerate, even at room temperature.




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.