Теории / Садовский М.В. Лекции по статистической физике (2000)
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ëè¥ ¬ë ¢¨¤¥«¨, ¯à¨ ¯®¨¦¥¨¨ ⥬¯¥à âãàë ¨¤¥ «ì®£® £ § (¯à¨ § ¤ ®© ¯«®â- ®áâ¨), áâ â¨á⨪ ®«ìæ¬ áâ ®¢¨âáï ¥¯à¨¬¥¨¬®© ¨§-§ ª¢ ⮢ëå íä䥪⮢ (áà. (3.79)). ®í⮬ã, ¤«ï ®¯¨á ¨ï ᮮ⢥âáâ¢ãî饩 ®¡« á⨠⥬¯¥à âãà (¯«®â®- á⥩) ¤®«¦ ¡ëâì ¯®áâ஥ ¤à㣠ï áâ â¨á⨪ , ¢ ª®â®à®© á।¨¥ ç¨á« § ¯®«¥-
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¨¡®«¥¥ ä㤠¬¥â «ìë¬ ¤¥«¥¨¥¬ ç áâ¨æ ª« ááë ¢ ᮢ६¥®© ª¢ ⮢®© ⥮ਨ ï¥âáï ¨å ¤¥«¥¨¥ ä¥à¬¨®ë (ç áâ¨æë á ¯®«ãæ¥«ë¬ á¯¨®¬) ¨ ¡®- §®ë (ç áâ¨æë á æ¥«ë¬ á¯¨®¬). ®«®¢ë¥ äãªæ¨¨ á¨á⥬ë N ⮦¤¥á⢥ëå ä¥à¬¨®®¢ â¨á¨¬¬¥âà¨çë ®â®á¨â¥«ì® ¯¥à¥áâ ®¢®ª ç áâ¨æ, ¡®§®®¢ { ᨬ- ¬¥âà¨çë.
«ï á¨á⥬ë ç áâ¨æ, ®¯¨áë¢ îé¨åáï â¨á¨¬¬¥âà¨ç묨 ¢®«®¢ë¬¨ äãª- æ¨ï¬¨ (ä¥à¬¨®®¢), á¯à ¢¥¤«¨¢ ¯à¨æ¨¯ 㫨, áâ â¨á⨪ , ®á®¢ ï í⮬ ¯à¨æ¨¯¥ §ë¢ ¥âáï áâ â¨á⨪®© ¥à¬¨ ( ¥à¬¨{ ¨à ª ). ª ¨ ¢ëè¥, ¯à¨ ¢ë- ¢®¤¥ à á¯à¥¤¥«¥¨ï ®«ìæ¬ ¨§ ¡®«ì讣® ª ®¨ç¥áª®£® á ¬¡«ï (áà. (3.4){ (3.7)), ¯à¨¬¥¨¬ à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¨¡¡á ª ᮢ®ªã¯®á⨠¢á¥å ç áâ¨æ, 室ïé¨åáï ¢ ¤ ®¬ ª¢ ⮢®¬ á®áâ®ï¨¨ (¯®¤á¨á⥬ ¢ â¥à¬®áâ â¥). ®¢ ®¡®§ 稬 k â¥à- ¬®¤¨ ¬¨ç¥áª¨© ¯®â¥æ¨ « í⮩ á¨á⥬ë ç áâ¨æ, ⮣¤ ¨§ (2.60), ãç¨âë¢ ï, çâ®
1 â¥à¨ « í⮩ £« ¢ë ¯®«®áâìî ®á®¢ [1, 2].
81
82
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¨á« § ¯®«¥¨ï ª¢ ⮢ëå á®áâ®ï¨© ¤«ï ¡®§®®¢ ¨ç¥¬ ¥ ®£à ¨ç¥ë ¨ ¬®£ã⠯ਨ¬ âì «î¡ë¥ § 票ï. «®£¨ç® (5.1) ¨¬¥¥¬:
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83 |
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¥áâì: ;"k= T Xln 1 ; e T :
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(5.10)
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áᬮâਬ íâய¨î ¥à ¢®¢¥áëå ä¥à¬¨- ¨ ¡®§¥-£ §®¢ ¨ ¯®«ã稬 äãªæ¨¨ à á- ¯à¥¤¥«¥¨ï ¥à¬¨ ¨ ®§¥ ¨§ ãá«®¢¨ï ¥¥ ¬ ªá¨¬ «ì®á⨠¢ à ¢®¢¥á®¬ á®áâ®ï¨¨. «¨§ ¬®¦® ¯à®¢¥á⨠ᮢ¥à襮 «®£¨ç® ⮬ã, ª ª â ª ï ¦¥ § ¤ ç à¥è - « áì ¢ëè¥ ¤«ï ¡®«ìæ¬ ®¢áª®£® £ § . ¯ïâì à á¯à¥¤¥«¨¬ ¢á¥ ª¢ â®¢ë¥ á®áâ®ï¨ï ®â¤¥«ì®© ç áâ¨æë £ § ¯® £à㯯 ¬, ª ¦¤ ï ¨§ ª®â®àëå ᮤ¥à¦¨â ¡«¨§ª¨¥ ¯® í¥à- £¨¨ á®áâ®ï¨ï ¨ ¯¥à¥ã¬¥à㥬 í⨠£àã¯¯ë ®¬¥à ¬¨ j = 1; 2; :::. ãáâì Gj { ç¨á«® á®áâ®ï¨© ¢ j-© £à㯯¥, Nj { ç¨á«® ç áâ¨æ ¢ íâ¨å á®áâ®ï¨ïå. ¡®à ç¨á¥« Nj ¯®«®áâìî å à ªâ¥à¨§ã¥â ¬¨ªà®áª®¯¨ç¥áª®¥ á®áâ®ï¨¥ £ § .
á«ãç ¥ áâ â¨á⨪¨ ¥à¬¨ ¢ ª ¦¤®¬ ¨§ ª¢ ⮢ëå á®áâ®ï¨© ¬®¦¥â 室¨âìáï ¥ ¡®«¥¥ ®¤®© ç áâ¨æë, ® ç¨á« Nj ¥ ¬ «ë, ⮣® ¦¥ ¯®à浪 , çâ® ¨ Gj. ¨á«® ¢®§¬®¦ëå ᯮᮡ®¢ à á¯à¥¤¥«¨âì Nj ®¤¨ ª®¢ëå ç áâ¨æ ¯® Gj á®áâ®ï¨ï¬, ¥ ¡®«¥¥ 祬 ¯® ®¤®© ¢ ª ¦¤®¬, ¥áâì ç¨á«® ᯮᮡ®¢, ª®â®à묨 ¬®¦® ¢ë¡à âì Nj ¨§ Gj á®áâ®ï¨©, â.¥. ç¨á«® á®ç¥â ¨© ¨§ Gj í«¥¬¥â®¢ ¯® Nj:
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84
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S = |
X |
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(5.20) |
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j |
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|
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|
|
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X |
|
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(5.22) |
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®£¨¥ ®¡é¨¥ ¢ëà ¦¥¨ï ¤«ï ¤«ï â¥à¬®¤¨ ¬¨ç¥áª¨å ¢¥«¨ç¨ ä¥à¬¨- ¨ ¡®§¥-£ § ¬®¦® ¢ë¯¨á âì ¢ ®¡é¥¬ ¢¨¤¥. ¨¦¥, ¢ í⮬ à §¤¥«¥, ¢¥à娩 § ª ᮮ⢥âáâ¢ã¥â áâ â¨á⨪¥ ¥à¬¨, ¨¦¨© { ®§¥.
¥à£¨ï ᢮¡®¤®© (í«¥¬¥â ன) ç áâ¨æë ¨¬¥¥â ¢¨¤: |
|
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2m |
2m |
ਠ¤ ®¬ § 票¨ ¨¬¯ã«ìá á®áâ®ï¨¥ ç áâ¨æë ®¯à¥¤¥«ï¥âáï â ª¦¥ ¯à - ¢«¥¨¥¬ ¥¥ ᯨ . ®í⮬ã ç¨á«® ç áâ¨æ ¢ í«¥¬¥â¥ ä §®¢®£® ¯à®áâà á⢠dpxdpydpzdV ¬®¦® ¯®«ãç¨âì 㬮¦¥¨¥¬ à á¯à¥¤¥«¥¨ï ¥à¬¨ ( ®§¥) ç¨á«® á®áâ®ï¨© ¢ í⮬ í«¥¬¥â¥ ä §®¢®£® ®¡ê¥¬ :
gd = g dpxdpydpzdV |
|
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(5.24) |
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|
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¤«ï à á¯à¥¤¥«¥¨ï |
¯® ¨¬¯ã«ìá ¬, ¯¥à¥å®¤ï ª áä¥à¨ç¥áª¨¬ ª®®à¤¨ â ¬ ¢ ¨¬¯ã«ìᮬ ¯à®áâà á⢥ (dpxdpydpz ! 4 p2dp), ¯®«ãç ¥¬:
|
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86 |
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2 2h3 |
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£¤¥ p" = |
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2m" |
(5.28) |
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2 |
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{ ¯«®â®áâì á®áâ®ï¨© ç áâ¨æë ¢ ¨â¥à¢ «¥ í¥à£¨© "; "+d". ®«ãç¥ë¥ ä®à¬ã«ë § ¬¥ïîâ ª« áá¨ç¥áª®¥ à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ªá¢¥«« .
⥣à¨àãï (5.27) ¯® d", ¯®«ã稬:
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gV m3=2 |
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"; |
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e T |
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|
|
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|
|
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|
|
|
|
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|
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çâ® ¢ ¥ï¢®¬ ¢¨¤¥ ®¯à¥¤¥«ï¥â 娬¯®â¥æ¨ « ª ª äãªæ¨î T ¨ ¯«®â®á⨠ç áâ¨æ
N=V .
®¢¥àè ï «®£¨çë¬ ®¡à §®¬ ¯¥à¥å®¤ ®â á㬬¨à®¢ ¨ï ¯® á®áâ®ï¨ï¬ ª ¨- ⥣à¨à®¢ ¨î ¯® í¥à£¨ï¬ ¢ (5.6), (5.12) ¯®«ã稬:
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1 |
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
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|
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|
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¢ ¢¨¤¥: |
|
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|
|
|
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|
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|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
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|
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|
87 |
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¨ï. «ï í⮣® 㦮 ¢®á¯®«ì§®¢ âìáï e =T 1 (¡®«ìæ¬ ®¢áª¨© ¯à¥¤¥«) ¨ à §- «®¦¨âì ¯®¤¨â¥£à «ì®¥ ¢ëà ¦¥¨¥ ¢ (5.35) ¯® á⥯¥ï¬ e( =T);z, á®åà ïï ¤¢
¯¥à¢ëå ç«¥ à §«®¦¥¨ï. ®£¤ :
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|
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|
|
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eT |
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= Boltz |
gV m3=2T 5=2 |
2 |
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: |
(5.36)
(5.37)
(5.38)
«ë¥ ¤®¡ ¢ª¨ ª â¥à¬®¤¨ ¬¨ç¥áª¨¬ ¯®â¥æ¨ « ¬, ¢ëà ¦¥ë¥ ç¥à¥§ ᮮ⢥â- áâ¢ãî騥 ¯¥à¥¬¥ë¥, ®¤¨ ª®¢ë. ®í⮬ã, ¢ëà ¦ ï á ¯®¬®éìî ᮮ⢥âáâ¢ãîé¨å ¡®«ìæ¬ ®¢áª¨å ¢ëà ¦¥¨©, ©¤¥ãî ¯®¯à ¢ªã ª ç¥à¥§ T ¨ V (¢ëª« ¤ª¨ ®¯ãá- ª ¥¬), «¥£ª® ¯®«ãç¨âì ᢮¡®¤ãî í¥à£¨î £ § ¢ ¢¨¤¥:
F = FBoltz |
3=2 |
|
N2h3 |
: |
(5.39) |
||
|
2g V T 1=2m3=2 |
||||||
âáî¤ ¥âà㤮 ©â¨: |
|
|
|
|
|
|
|
P V = NT 1 |
3=2 |
Nh3 |
|
|
(5.40) |
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2g V (mT )3=2 |
|
¨¤¨¬, çâ® ª¢ â®¢ë¥ ¯®¯à ¢ª¨ (®¡à é î騥áï ¢ ã«ì ¯à¨ h ! 0) ¯à¨¢®¤ïâ ª ¤®- ¯®«¨â¥«ì®¬ã à®áâã ¤ ¢«¥¨ï ¢ ä¥à¬¨-£ §¥ ¨ ¥£® 㬥ìè¥¨î ¢ ¡®§¥-£ §¥. í⮬ ¯à®ï¢«ï¥âáï ¥áâ¥á⢥®¥ áâ६«¥¨¥ ä¥à¬¨®®¢ \¨§¡¥£ âì" ¤à㣠¤à㣠(¯à¨æ¨¯ã«¨!), ⮣¤ ª ª ¤«ï ¡®§®®¢ ¨¬¥¥â ¬¥áâ® ®¡à ⮥ ¯®¢¥¤¥¨¥.
ë஦¤¥ë© í«¥ªâà®ë© £ §.
¦®¥ ¯à¨æ¨¯¨ «ì®¥ § 票¥ ¨¬¥¥â ¨§ã票¥ ᢮©á⢠ä¥à¬¨-£ § ¯à¨ ¤®áâ - â®ç® ¨§ª¨å ⥬¯¥à âãà å, ª®â®àë¥, ªáâ ⨠᪠§ âì, ¯à ªâ¨ç¥áª¨ ¬®£ãâ ®ª § âìáï ®ç¥ì ¢ë᮪¨¬¨. ¬¥ï ¢¢¨¤ã ¨¡®«¥¥ ¢ ¦ë¥ ¯à¨¬¥¥¨ï áâ â¨á⨪¨ ¥à¬¨, ¡ã- ¤¥¬ £®¢®à¨âì ¨¦¥ ®¡ í«¥ªâà®®¬ £ §¥, ᮮ⢥âá⢥® ¨¦¥ ¯®« £ ¥¬ g = 2(s = 1=2).
祬 á à áᬮâ२ï á¨âã 樨 ¯à¨ T = 0. â® á«ãç © â ª §ë¢ ¥¬®£® ¯®«®- áâìî ¢ë஦¤¥®£® ä¥à¬¨-£ § . ®áª®«ìªã ¢ ª ¦¤®¬ ª¢ ⮢®¬ á®áâ®ï¨¨ ¬®¦¥â 室¨âìáï ¥ ¡®«¥¥ ®¤®£® í«¥ªâà® , â®, ä ªâ¨ç¥áª¨, ®¨ ¨ § ¯®«ïî⠢ᥠá®- áâ®ï¨ï á í¥à£¨ï¬¨ ®â ¨¬¥ì襩 (à ¢®© ã«î) ¤® ¥ª®â®à®© ¨¡®«ì襩 ( - §ë¢ ¥¬®© í¥à£¨¥© ¥à¬¨), ¢¥«¨ç¨ ª®â®à®© ¯à®áâ® ®¯à¥¤¥«ï¥âáï ç¨á«®¬ ç áâ¨æ (¯«®â®áâìî) ¢ £ §¥.
88 |
|
¨á«® ª¢ ⮢ëå á®áâ®ï¨© í«¥ªâà®®¢, ¤¢¨¦ãé¨åáï ¢ ®¡ê¥¬¥ V á ¡á®«î⮩ |
|
¢¥«¨ç¨®© ¨¬¯ã«ìá ¢ ¨â¥à¢ «¥ p; p + dp à ¢®: |
|
4 p2dpV |
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2 (2 h)3 : |
(5.41) |
«¥ªâà®ë § ¯®«ïî⠢ᥠá®áâ®ï¨ï á ¨¬¯ã«ìᮬ ®â ã«ï ¤® ¬ ªá¨¬ «ì®£® ¨¬-
¯ã«ìá |
p = pF (¨¬¯ã«ìá ¥à¬¨). ®«®¥ ç¨á«® í«¥ªâà®®¢ ¢ íâ¨å á®áâ®ï¨ïå ®¯à¥- |
|||||||||
¤¥«ï¥âáï ¨§3: |
|
|
pF |
|
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|
|
|
|
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V |
|
|
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|
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N = |
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2 |
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|
|
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p |
dp = |
|
3 2h3 |
: |
(5.42) |
|||
®£¤ |
¤«ï ¨¬¯ã«ìá ¥à¬¨ ¯®«ãç ¥¬: |
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
|
|
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|
h |
|
(5.43) |
¨ ¨¬¯ã«ìá ¥à¬¨ ⥬ ¡®«ìè¥, 祬 ¡®«ìè¥ ¯«®â®áâì £ § . ¥âà㤮 á®®¡à §¨âì, çâ®
¨§ (5.43) ¯®«ãç ¥âáï ¯à®áâ ï ®æ¥ª |
pF h=a, £¤¥ a { á।¥¥ à ááâ®ï¨¥ ¬¥¦¤ã |
||||||||||||||||||||
ç áâ¨æ ¬¨ ¢ £ §¥. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
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|
|
|
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N |
2=3 |
h2 |
|
|
|
|
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|
"F = |
F |
= (3 2)1=3 |
|
|
V |
|
|
|
|
|
(5.44) |
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|
2m |
2m |
ma2 |
|
|
||||||||||||||||
áâ¥á⢥®, çâ® ® |
â ª¦¥ à áâ¥â á à®á⮬ ¯«®â®á⨠£ § |
(N=V )2=3. |
|
||||||||||||||||||
ãªæ¨ï à á¯à¥¤¥«¥¨ï ¥à¬¨: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
np = |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
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(5.45) |
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e |
"p; |
+ 1 |
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T |
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¯à¨ T ! 0 ¯à¥¢à é ¥âáï ¢ \áâ㯥ìªã ¥à¬¨": |
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np |
= |
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1 |
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p pF |
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(5.46) |
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0 |
¯à¨ |
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p > pF |
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1 |
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" |
= "F |
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n" = |
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(5.47) |
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0 |
¯à¨ |
" > = "F |
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¨¬¯®â¥æ¨ « £ § |
¥à¬¨ ¯à¨ T = 0 ᮢ¯ ¤ ¥â á £à ¨ç®© í¥à£¨¥© ¥à¬¨: |
||||||||||||||||||||
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= "F |
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(T = 0) |
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(5.48) |
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4 pF3 |
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3 ªâ¨ç¥áª¨ âãâ ¯à®áâ® ¢ëç¨á«ï¥âáï ®¡ê¥¬ |
áä¥àë ¥à¬¨ VF |
= |
, ç¨á«® í«¥ªâà®®¢ |
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3 |
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VF |
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®¯à¥¤¥«ï¥âáï ç¨á«®¬ ¤®áâã¯ëå ¨¬ á®áâ®ï¨© \¢ãâà¨" í⮩ áä¥àë ª ª: |
N = 2V |
, çâ® ¨ |
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(2 h)3 |
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¤ ¥â (5.42). ®¢¥àå®áâì áä¥àë ¥à¬¨ §ë¢ ¥âáï ¯®¢¥àå®áâìî ¥à¬¨. ¬¥â «« å, £¤¥ í¥à- £¥â¨ç¥áª¨© ᯥªâà í«¥ªâà®®¢ ¬®¦¥â áãé¥á⢥® ®â«¨ç âìáï ®â à áᬠâਢ ¥¬®£® §¤¥áì ᯥªâà ᢮¡®¤ëå í«¥ªâà®®¢, ¯®¢¥àå®áâì ¥à¬¨ ¬®¦¥â ¢®¢á¥ ¥ ¡ëâì áä¥à¨ç¥áª®©. ¥®¬¥âà¨ï (¨ ⮯®- «®£¨ï) ¯®¢¥àå®á⥩ ¥à¬¨ ¨£à ¥â ®ç¥ì ¡®«ìèãî à®«ì ¢ ⥮ਨ ¬¥â ««®¢ [21]. ®®â¢¥âá⢥®, ¯à¨¢®¤¨¬ë¥ §¤¥áì ¯à®áâë¥ ®æ¥ª¨ ¯à¨£®¤ë, áâண® £®¢®àï, ⮫쪮 ¤«ï ¯à®áâëå ¬¥â ««®¢ ( - ¯à¨¬¥à 饫®çëå ¨ ¡« £®à®¤ëå).
4 ¬¥â¨¬, çâ® ¢¥«¨ç¨ í¥à£¨¨ ¥à¬¨, ¯à ªâ¨ç¥áª¨, ᮢ¯ ¤ ¥â á ¢¢¥¤¥®© ¢ëè¥ â¥¬¯¥à âã- ன (í¥à£¨¥©) ¢ë஦¤¥¨ï £ § (3.79).
|
89 |
¨á. 5-1 ãªæ¨ï à á¯à¥¤¥«¥¨ï ¥à¬¨ ¤«ï à §«¨çëå ⥬¯¥à âãà ¯à¨ "F =kB = 50000K.
ਠª®¥çëå ⥬¯¥à âãà å T |
|
"F |
(á¨«ì® ¢ë஦¤¥ë© £ §) áâã¯¥ìª |
||||||||||
¥à¬¨ \à §¬ë¢ ¥âáï" ¢ ®¡« á⨠í¥à£¨© T (á¬. ¨á.5-1). ¥âà㤮 ¯®ïâì, çâ® |
|||||||||||||
á à®á⮬ ⥬¯¥à âãàë, ¯à¨ T "F à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¥à¬¨ ¯¥à¥å®¤¨â ¢ à á¯à¥¤¥- |
|||||||||||||
«¥¨¥ ®«ìæ¬ . ®®â¢¥âá⢥®, á à®á⮬ ⥬¯¥à âãàë 娬¯®â¥æ¨ « ç¨ ¥â |
|||||||||||||
㬥ìè âìáï ®â ¯®«®¦¨â¥«ì®© ¢¥«¨ç¨ë ¯®à浪 |
"F ¨ áâ ®¢¨âáï ®âà¨æ ⥫ìë¬ |
||||||||||||
¢ ¡®«ìæ¬ ®¢áª®© ®¡« á⨠T |
"F . |
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p2=2m ¨ ¨â¥- |
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®« ï í¥à£¨ï £ § ¯à¨ T = 0 ¯®«ãç ¥âáï 㬮¦¥¨¥¬ (5.41) |
|||||||||||||
£à¨à®¢ ¨¥¬ ¯® ¢á¥¬ ¨¬¯ã«ìá ¬ ¤® p = pF : |
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V |
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pF |
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V p5 |
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4 |
|
|
F |
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E = 2m 2h3 Z0 |
dpp |
= 10m 2h3 |
(5.49) |
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¨«¨, á ãç¥â®¬ (5.43) |
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3(3 2)2=3 h2 |
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N |
2=3 |
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E = |
|
10 |
m |
V |
N |
(5.50) |
¯®¬®éìî ®¡é¥£® á®®â®è¥¨ï (5.34) 室¨¬ ãà ¢¥¨¥ á®áâ®ï¨ï ¯®«®áâìî
¢ë஦¤¥®£® £ § : |
5 |
|
m |
V |
|
|
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|||
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|
|
|
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5=3 |
|
||||
|
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P = |
(3 2)2=3 |
h2 |
N |
|
(5.51) |
||
â ª çâ® ¯à¨ T = 0 ¤ ¢«¥¨¥ ä¥à¬¨-£ § |
(N=V )5=3. |
|
||||||||
ªâ¨ç¥áª¨, ¢á¥ í⨠ä®à¬ã«ë ¯à¨¬¥¨¬ë ¨ ¯à¨ ¤®áâ â®ç® ¨§ª¨å ⥬¯¥à - |
||||||||||
âãà å T |
"F . ®¯à ¢ª¨ ª ¨¬ ¨¬¥îâ ¯®à冷ª ¢¥«¨ç¨ë (T="F )2. ¥¬¯¥à âãà |
|||||||||
¥à¬¨ (⥬¯¥à âãà ¢ë஦¤¥¨ï) TF |
|
"F |
¤«ï í«¥ªâà®®£® £ § á ¯«®â®áâìî |
|||||||
N=V 10 |
22 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
á¬; |
, ⨯¨ç®©, ¯à¨¬¥à ¤«ï ¬¥â ««®¢, ¨ ¬ áᮩ ç áâ¨æ m me, £¤¥ |