Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики Т.2 (2001) (1135800), страница 71
Текст из файла (страница 71)
à¥ã£®«ì¨ª¨ ᮮ⢥âáâ¢ãîâ íªá¯¥à¨¬¥â «ìë¬ ¤ ë¬. ¢à¥§ª¥ ¯®ª § ãç á⮪ ⮣® ¦¥ £à 䨪 ¢ 㢥«¨ç¥®¬ ¬ áèâ ¡¥.¨¥ ¯®¤ ¢«¨ï¨¥¬ ¢¥è¨å ¢®§¤¥©á⢨©, ¨¬¥® íää¥ªâ¨¢ë¥ í«¥ªâà®ë®¡ãá« ¢«¨¢ îâ ⥯«®¥¬ª®áâì í«¥ªâà®®£® £ § , ¥£® í«¥ªâய஢®¤®áâì.¨á«® íä䥪⨢ëå í«¥ªâà®®¢ ¬®¦® ¯®«ãç¨âì â®ç® â ª ¦¥, ª ª ¨¯®«®¥ ç¨á«® í«¥ªâà®®¢ á ⮩ à §¨æ¥©, çâ® ¨â¥£à « ¯® í¥à£¨ï¬ à á¯à®áâà ï¥âáï ¨â¥à¢ « E Ef :1 p3=2 ZEdE :(2m)(40.27)Neff = 4L3 (2~)3E Ef e kB T + 1ਠ¨§ª¨å ⥬¯¥à âãà å ¬®¦® ¯®«®¦¨âì = Ef . ç¨âë¢ ï â ª¦¥á¢ï§ì (40.14) í¥à£¨¨ ¥à¬¨ á ¯®«ë¬ ç¨á«®¬ ç áâ¨æ ¨ ¢ë¯®«ïï § ¬¥ã¯¥à¥¬¥ëå E = Ef + xkB T , ãà ¢¥¨¥ (40.27) ¬®¦® § ¯¨á âì ¢ ¢¨¤¥: kB T Z1 p1 + xkB T=Ef3dx ex + 1 :(40.28)Neff = 2 N Ef0ਠ¨§ª¨å ⥬¯¥à âãà å ª¢ ¤à âë© ª®à¥ì ¢ ç¨á«¨â¥«¥ ¬®¦® § ¬¥¨âì ¥¤¨¨æã, ¯®«ãç î騩áï ¨â¥£à « à ¢¥ ln 2, ¨ ¬ë ¯à¨å®¤¨¬ ª424« ¢ 40.
«¥¬¥âë 䨧¨ª¨ ⢥म£® ⥫ ¨á. 40.13: ®«ï íä䥪⨢ëå í«¥ªâà®®¢ ¢ § ¢¨á¨¬®á⨠®â ⥬¯¥à âãàë. à¨T = 0 ¢á¥ ç áâ¨æë 室ïâáï ¢ãâਠáä¥àë ¥à¬¨ E Ef , ¯à¨ T = 0:05Tf â ¬ 室ïâáï 94.8% ç áâ¨æ, ¯à¨ T = 0:5Tf | ⮫쪮 56.6% ç áâ¨æ. ਠ¢ë᮪¨å ⥬¯¥à âãà å T Tf ¡®«ìè ï ç áâì ç áâ¨æ 室¨âáï ¢¥ áä¥àë ¥à¬¨, ¨ ª ¨¬ ¯à¨¬¥¨¬ ª« áá¨ç¥áª ï áâ â¨á⨪ .®æ¥ª¥ ç¨á« íä䥪⨢ëå í«¥ªâà®®¢:(40.29)Neff = 3 ln2 2 N kEB T N kEB T = N TT :fff⮠⮦¥ ¯®¤â¢¥à¦¤ ¥â è¨ ª ç¥áâ¢¥ë¥ à áá㦤¥¨ï. ¯à¥¤ë¤ã饬 ¯ à £à ä¥ ¬ë ãáâ ®¢¨«¨, ç⮠⥬¯¥à âãà ¥à¬¨ Tf = Ef =kB ¤«ï¬¥â ««®¢ á®áâ ¢«ï¥â ¥áª®«ìª® ¤¥áï⪮¢ âëáïç ª¥«ì¢¨.
®í⮬㠤 ¦¥¯à¨ ⥬¯¥à âãà¥, ¡«¨§ª®© ª ⥬¯¥à âãॠ¯« ¢«¥¨ï ¬¥â «« ( 103 ),Neff á®áâ ¢«ï¥â ¬ «ãî ¤®«î ®â ¯®«®£® ç¨á« í«¥ªâà®®¢ ¢ ¥¤¨¨æ¥ ®¡ê¥¬ . ¢¨á¨¬®áâì ¤®«¨ íä䥪⨢ëå í«¥ªâà®®¢ Neff =N ®â ⥬¯¥à âãà믮ª § à¨á. 40.13. § ª«î票¥ ¯à®¢¥¤¥¬ «¨§ ⮣®, ª®£¤ ¥®¡å®¤¨¬® ãç¨âë¢ âì § ª®ë ª¢ ⮢®© áâ â¨á⨪¨, ª®£¤ ¬®¦® ¯à¨¬¥ïâì ª« áá¨ç¥áªãî áâ â¨á⨪ã. ¬¥â¨¬, çâ® ¥á«¨ ¢ à á¯à¥¤¥«¥¨¨ ¥à¬¨ (40.20) ¬®¦® ¯à¥¥¡à¥çì ¥¤¨¨æ¥© ¢ § ¬¥ ⥫¥ äãªæ¨¨, â® à á¯à¥¤¥«¥¨¥ í«¥ªâà®®¢¯® á®áâ®ï¨ï¬ á à §«¨ç®© í¥à£¨¥© ¯à¨¨¬ ¥â ¢¨¤(40.30)np = 2e(E )=kB T = Ce E=kB T ;â.¥. ¯¥à¥å®¤¨â ¢ äãªæ¨î à á¯à¥¤¥«¥¨ï ®«ìæ¬ . â® ¬®¦® ᤥ« âì, ¥á«¨ § 票¥ íªá¯®¥âë ¢ § ¬¥ ⥫¥ £®à §¤® ¡®«ìè¥ ¥¤¨¨æë.40.4. á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¥à¬¨-¨à ª 425â® ¢¥à® ¢ ¤¢ãå á«ãç ïå.
®-¯¥à¢ëå, ª®£¤ í¥à£¨ï à áᬠâਢ ¥¬®£®á®áâ®ï¨ï ¢¥«¨ª : E Ef kB T . ®-¢â®àëå, ª®£¤ ¢ë᮪ ⥬¯¥à âãà á¨á⥬ë, â ª ç⮠娬¨ç¥áª¨© ¯®â¥æ¨ « ¯à¨¨¬ ¥â ¡®«ì讥 ®âà¨æ ⥫쮥 § 票¥: kB T . 票¥ 娬¨ç¥áª®£® ¯®â¥æ¨ « ¯à¨¢ë᮪¨å ⥬¯¥à âãà å ¬®¦® ©â¨ ¨§ ãà ¢¥¨ï (40.23), ¥á«¨ ¯à¥¥¡à¥çì ¥¤¨¨æ¥© ¢ § ¬¥ ⥫¥ ¢ëà ¦¥¨ï ¯®¤ ¨â¥£à «®¬. ®£¤¥ ¨â¥£à¨à®¢ ¨¥ «¥£ª® ¢ë¯®«ï¥âáï, ¨ ¬ë ¯®«ãç ¥¬ á®®â®è¥¨¥:#" p3=2N = 4L3 (2(2m~) )3 e kB T (kB T )3=2 2 ;(40.31)£¤¥ ¢ ª¢ ¤à âëå ᪮¡ª å á⮨â १ã«ìâ ⠨⥣à¨à®¢ ¨ï.
âáî¤ ¯®«ãç ¥¬, ãç¨âë¢ ï ¢ëà ¦¥¨¥ (40.15) ¤«ï í¥à£¨¨ ¥à¬¨: 3p kB T 3=2e kB T = 4 Ef¨«¨3kT = kB T 0:2847 + 2 ln EB :(40.32)fá«®¢¨¥ kB T ¢ë¯®«ï¥âáï ¯à¨ kB T Ef . ¯à ªâ¨ª¥ 㦥 § 票ï ⥬¯¥à âãàë ¯®à浪 ®¤®© ¨«¨ ¥áª®«ìª¨å ⥬¯¥à âãà ¥à¬¨¯®§¢®«ïîâ £®¢®à¨âì ® ¡«¨§®á⨠à á¯à¥¤¥«¥¨© ¥à¬¨ ¨ ®«ìæ¬ . ¤¥« ë¥ ã⢥ত¥¨ï ¨««îáâà¨àãîâáï à¨á.
40.14. ª¨¬ ®¡à §®¬, ¯®¢¥¤¥¨¥ í«¥ªâà®®£® £ § ¢ ᨫ쮩 á⥯¥¨ § ¢¨á¨â ®â á®®â®è¥¨ï ¬¥¦¤ã ⥬¯¥à âãன ªà¨áâ «« ¨ ⥬¯¥à âãன¥à¬¨. §«¨ç îâ ¤¢ ¯à¥¤¥«ìëå á«ãç ï:1. T Tf . í⮬ á«ãç ¥ í«¥ªâà®ë© £ § §ë¢ ¥âáï ¢ë஦¤¥ë¬.®«ìè ï ç áâì í«¥ªâà®®¢ 室¨âáï ¢ãâਠáä¥àë ¥à¬¨, ¨ ¥®¡å®¤¨¬® ãç¨âë¢ âì ª¢ â®¢ë¥ íä䥪âë.2. T Tf . í⮬ á«ãç ¥ í«¥ªâà®ë© £ § §ë¢ ¥âáï ¥¢ë஦¤¥ë¬. ®«ìè ï ç áâì í«¥ªâà®®¢ 室¨âáï ¢¥ áä¥àë ¥à¬¨ (á¬.à¨á.
40.13), ¨ ®¨ ®¯¨áë¢ îâáï äãªæ¨¥© à á¯à¥¤¥«¥¨ï ®«ìæ¬ .á«®¢¨¥ ¢ë஦¤¥¨ï kB T Ef ¬®¦¥â ¡ëâì § ¯¨á ® ¢ ¢¨¤¥ á«¥¤ãî饣®¥à ¢¥á⢠:mkB T 5n2=3;(40.33)~2â.¥. ¢ë஦¤¥¨¥ ¬®¦¥â ¡ëâì ®¡ãá«®¢«¥® á«¥¤ãî騬¨ ¯à¨ç¨ ¬¨:426« ¢ 40. «¥¬¥âë 䨧¨ª¨ ⢥म£® ⥫ ¨á. 40.14: à ¢¥¨¥ à á¯à¥¤¥«¥¨¨© ¥à¬¨ ¨ ®«ìæ¬ . ¨¤®, çâ® ¤«ï ä¥à¬¨ç áâ¨æ ¡®«ì让 í¥à£¨¨ E ¯®à浪 ¥áª®«ìª¨å kB T ®¡ à á¯à¥¤¥«¥¨ï ᮢ¯ ¤ îâ.à ¢¨¢ ï «¥¢ë© ¨ ¯à ¢ë© £à 䨪¨, ã¡¥¦¤ ¥¬áï, çâ® ¯à¨ ¯®¢ë襨¨ ⥬¯¥à âãàëà á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¥à¬¨ ¯à¨¡«¦ ¥âáï ª à á¯à¥¤¥«¥¨î ®«ìæ¬ ¤«ï «î¡ëå í¥à£¨¨©.
¬ « ï ¬ áá ç áâ¨æ, ¡®«ìè ï ¯«®â®áâì £ § , ¨§ª ï ⥬¯¥à âãà .®¤áâ ¢«ïï ¢ (40.33) å à ªâ¥à®¥ ¤«ï ¬¥â ««®¢ § 票¥ ª®æ¥âà æ¨¨ í«¥ªâà®®¢ n = 5 1028 ¬ 3 , 室¨¬ T 6000 . 묨 á«®¢ ¬¨, ¤«ï í«¥ªâà®®£® £ § ¢ ¬¥â ««¥ ãá«®¢¨¥ ¢ë஦¤¥¨ï ¢ë¯®«¥®¢¯«®âì ¤® ⥬¯¥à âãà ¯®à浪 1000-2000 . ¤ ª®, ¢ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª 寫®â®áâì ᢮¡®¤ëå í«¥ªâà®®¢ ®ª §ë¢ ¥âáï ¬®£® ¬¥ì襩, 祬 ¢ ¬¥â «« å. ®í⮬ã 㦥 ¯à¨ ª®¬ ⮩ ⥬¯¥à âãà¥ í«¥ªâà®ë© £ § ¢®¬®£¨å ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª å ï¥âáï ¥¢ë஦¤¥ë¬ ¨ ¯®¤ç¨ï¥âáï ª« áá¨ç¥áª®© áâ â¨á⨪¥ (â.¥. ®¯¨áë¢ ¥âáï à á¯à¥¤¥«¥¨¥¬ ®«ìæ¬ ).40.5¨ ¬¨ª í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥¥è¥¨¥ ¢®«®¢®£® ãà ¢¥¨ï ।¨£¥à ¤«ï ᢮¡®¤®£® í«¥ªâà® ®¯à¥¤¥«ï¥âáï ¢®«®¢ë¬ ¢¥ªâ®à®¬ ~k, ª®â®àë© á¢ï§ á ¨¬¯ã«ìᮬ í«¥ªâà® ¨á í¥à£¨¥© ª¨¥¬ â¨ç¥áª¨¬ á®®â®è¥¨¥¬ E = p2=2m = ~2 k2=2m.
¬®¤¥«¨ ᢮¡®¤ëå í«¥ªâà®®¢ § 票ï í¥à£¨¨ ®¡à §ãîâ ª¢ §¨¥¯à¥àë¢ãî ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì. ¢¨á¨¬®áâì E = E (k) á®á⮨⠨§ ¤¨áªà¥âëåâ®ç¥ª, ® â®çª¨ à ᯮ«®¦¥ë â ª £ãáâ®, çâ® £à 䨪¥ ᫨¢ îâáï ¢á¯«®èãî ªà¨¢ãî40.5.¨ ¬¨ª í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥427¨á. 40.15: ¢¥ í¥à£¥â¨ç¥áª¨¥ §®ë, ¯®ª § ë¥ §¤¥áì, ¢§ïâë á à¨á. 40.1. ¨¦ïï ¨§¨å ᮮ⢥âáâ¢ã¥â ¢â®à®¬ã í¥à£¥â¨ç¥áª®¬ã ã஢î (n = 2 à¨á. 40.1), â.¥. ¬®¤¥«¨àã¥â §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨. ®í⮬ã ç «® ®âáç¥â ¢®«®¢®£® ¢¥ªâ®à k ᬥ饮 ¯¥à¨®¤ ¯® áà ¢¥¨î á ¯à¥¦¨¬ à¨á㪮¬. ஬¥ ⮣®, ¯®ª § ë ᨬ¬¥âà¨çë¥ ¢¥â¢¨,ᮮ⢥âáâ¢ãî騥 ®âà¨æ ⥫ìë¬ § ç¥¨ï¬ k.
¯à¥é¥ë¥ §®ë ®¡®§ ç¥ë ⥬ë¬ä®®¬. á«ãç ¥ ¯¥à¨®¤¨ç¥áª®£® ¯®«ï § ¢¨á¨¬®áâì E ®â ª¢ §¨¢®«®¢®£® ¢¥ªâ®à k ¯®ª § à¨á. 40.1, ¨ ¬ë ¢¨¤¨¬, çâ® ¤«ï ¨¦¨å §® ®âª«®¥¨ï ®â ¯ à ¡®«¨ç¥áª®£® § ª® E = ~2k2=2m ¢¥áì¬ áãé¥á⢥ë. à¨á. 40.1 ¬ë ¢®á¯à®¨§¢®¤¨¬ ¢ 㢥«¨ç¥®¬ ¬ áèâ ¡¥ §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨,¯®«ã稢èãîáï ¨§ ¢¥à奣® ã஢ï á n = 2 (áà.
à¨á. 40.1) ¨ á«¥¤ãîéãî§®ã. ¥à£¥â¨ç¥áª¨¥ §®ë ®¡®§ ç¥ë ᢥâ«ë¬ ä®®¬, § ¯à¥é¥ë¥ |⥬ë¬. ® áà ¢¥¨î á à¨á. 40.1 ¬ë ᤢ¨ã«¨ ®âáç¥â ¢®«®¢®£® ¢¥ªâ®à , çâ®¡ë ¥£® ã«¥¢®¥ § 票¥ ᮮ⢥âá⢮¢ «® ¤ã §®ë ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨. ¯®¬¨¬, çâ® l | íâ® ¯à®áâà áâ¢¥ë© ¯¥à¨®¤ 襩 \ªà¨áâ ««¨ç¥áª®© à¥è¥âª¨". ஬¥ ⮣®, ¬ë ¯®ª § «¨ §¤¥áì ᨬ¬¥âà¨çë¥ ¢¥â¢¨à¥è¥¨©, ᮮ⢥âáâ¢ãî騥 ®âà¨æ ⥫ìë¬ § ç¥¨ï¬ k, ª®£¤ ç áâ¨æ ¤¢¨¦¥âáï ¢ ¯à®â¨¢®¯®«®¦®¬ ¯à ¢«¥¨¨.ᯮ«ì§ãï £¨¯®â¥§ã ¤¥ ன«ï, í«¥ªâà®ë ¬®¦® ®¯¨áë¢ âì ª ª á㯥௮§¨æ¨î ¢®« á ç áâ®â®© ¨ ¤«¨®© ¢®«ë, ®¯à¥¤¥«ï¥¬ë¬¨ á®®â®è¥¨ï¬¨ ! = E=~; = h=p = 2=k. ªá¨¬ã¬ ¬¯«¨âã¤ë १ã«ìâ¨àãî饩 ¢®«ë ¯¥à¥¬¥é ¥âáï ¢ ªà¨áâ ««¥ á £à㯯®¢®© ᪮à®áâìî vgr = d!dk ,¯à¨ç¥¬ ¨¡®«¥¥ ¢¥à®ï⮥ ¬¥á⮠宦¤¥¨¥ í«¥ªâ஠ᮢ¯ ¤ ¥â á æ¥â஬ £àã¯¯ë ¢®«. «¥¤®¢ ⥫ì®, £à㯯®¢ ï ᪮à®áâì ¯à¥¤áâ ¢«ï¥â ᮡ®© ᪮à®áâì v í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥, â.¥.
á ãç¥â®¬ á®®â®è¥¨© ¤¥428ன«ï ¯®«ãç ¥¬:« ¢ 40. «¥¬¥âë 䨧¨ª¨ ⢥म£® ⥫ v = vgr = ~1 dEdk :(40.34) áᬮâਬ ¯®¢¥¤¥¨¥ í«¥ªâà® ¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ ¯à¨«®¦¥®£® ª ªà¨áâ ««ã ¢¥è¥£® í«¥ªâà¨ç¥áª®£® ¯®«ï ¯à殮®áâìî E . í⮬ á«ãç ¥,ªà®¬¥ ᨫ Fcr , á®§¤ ¢ ¥¬ëå ¯®«¥¬ ªà¨áâ ««¨ç¥áª®© à¥è¥âª¨, í«¥ªâà® ¡ã¤¥â ¤¥©á⢮¢ âì ¢¥èïï ᨫ F = eE . ¥ª®â®à®¥ ¢à¥¬ï dt íâ ¢¥èïï ᨫ ᮢ¥àè¨â ¤ í«¥ªâà®®¬ à ¡®âã dA = F vdt = F~ dEdk dt.â à ¡®â dA ¨¤¥â ¯à¨à 饨¥ í¥à£¨¨ í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥:dA = dE = dEdk dk. «¥¤®¢ ⥫ì®,dk = F :(40.35)dt ~ ᢮¡®¤®¬ ¯à®áâà á⢥ ¤¥©á⢨¥ ¢¥è¥© á¨«ë ¤®«¦® ¤ âì १ã«ìâ â m(dv=dt), ¢ ªà¨áâ ««¥ ¬ë ¯®«ã稫¨ ¨®© § ª®. â® ¥ ®§ ç ¥â,ª®¥ç®, çâ® ¢â®à®© § ª® ìîâ® àãè¥, ¨¡® ¢ ªà¨áâ ««¥ í«¥ªâà® ¤¥©áâ¢ãîâ ¥é¥ ¨ ᨫë á® áâ®à®ë ¯¥à¨®¤¨ç¥áª®© à¥è¥âª¨.
¤ ª®,¬ë å®â¨¬ ¢ë¢¥á⨠§ ª® ¤¢¨¦¥¨ï í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥, ªã¤ ¢®è«¨ ¡ë«¨èì ¢¥è¨¥ ᨫë. ©¤¥¬ ¯®í⮬ã ã᪮२¥ í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥: dv = 1 d dE = 1 d2 E dk =dt~ dt dk~ dk2 dt1 d2E= 2 2 F:(40.36)~ dk®«ã祮¥ á®®â®è¥¨¥ ¯¥à¥¯¨è¥¬ á«¥¤ãî騬 ®¡à §®¬: ~2 dv(40.37)d2E=dk2 dt = F ;âáî¤ ¢ë⥪ ¥â, çâ® ¢¥èïï ᨫ ¯à®¯®à樮 «ì ã᪮२î í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥.
®íä䍿¨¥â ¯à®¯®à樮 «ì®á⨠§ë¢ îâ íä䥪⨢®© ¬ áᮩ í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥:m =~2d2E=dk2 :ë ¯®«ã稫¨ ¯à¨¢ëçãî ä®à¬ã ¢â®à®£® § ª® ìîâ® :m dvdt = F :(40.38)(40.39)40.5.¨ ¬¨ª í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥429®¤ç¥àª¥¬ ¥é¥ à §, çâ® íâ®â १ã«ìâ â ¥ ï¥âáï âਢ¨ «ìë¬,¯®áª®«ìªã ã᪮२¥ ¤®«¦® ¡ëâì ¯à®¯®à樮 «ì® á㬬¥ ¢á¥å ᨫ, ¯à¨«®¦¥ëå ª í«¥ªâà®ã: F = eE ¨ Fcr, â ª çâ® ãà ¢¥¨¥ ¤¢¨¦¥¨ï í«¥ªâà® ¤®«¦® ¨¬¥âì ¢¨¤:m dv(40.40)dt = F + Fcr : ãáâà ¥¨¥ ᨫ á® áâ®à®ë ªà¨áâ ««¨ç¥áª®© à¥è¥âª¨ ¨§ ¯à ¢®© ç áâ¨ãà ¢¥¨ï (40.40) ¯à¨è«®áì § ¯« â¨âì á¢®î æ¥ã | ¢¢¥á⨠íä䥪⨢ãî¬ ááã í«¥ªâà® .â®¡ë ¯®ïá¨âì 䨧¨ç¥áª¨© ¬¥å ¨§¬ ®â«¨ç¨ï íä䥪⨢®© ¬ ááëm í«¥ªâà® ¢ ªà¨áâ ««¥ ®â ¥£® ¬ ááë m ¢ ¢ ªã㬥, ¯à¥¤áâ ¢¨¬ ᥡ¥¤¢¨¦¥¨¥ í«¥ªâà® ¢® ¢¥è¥¬ í«¥ªâà¨ç¥áª®¬ ¯®«¥. ᫨ ¢ ¥ª®â®à®¬ (£¨¯®â¥â¨ç¥áª®¬) ªà¨áâ ««¥ ⮬ë à ᯮ«®¦¥ë ¤ «¥ª® ¤à㣠®â ¤à㣠, â® ç áâ®â ¯¥à¥å®¤ í«¥ªâà® ®â ®¤®£® ⮬ ª¤à㣮¬ã ¬ « , â ª ª ª ¬ «® ¯¥à¥ªàë⨥ ¢®«®¢ëå äãªæ¨©.