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¿Hay una razón intuitiva que la presión de la degeneración es intensiva?

Supongamos que tengo una 1D cuadro de la longitud de la $L$ y me puse a $n\gg1$ fermiones en cero de temperatura. El uso de los niveles de energía para una partícula en una caja, la energía total es

$$E\sim \frac{n^3}{L^2}$$

Si he a $k$ copias de estos cuadros, la energía es $kE$. Pero la próxima supongamos que pongo estas cajas de extremo a extremo y la caída de las paredes, por lo que ahora tiene un único cuadro de la longitud de la $kL$ e con $kn$ fermiones. La energía es

$$E_k = E \frac{(kn)^3}{(kL)^2} = kE$$

Por lo que poner las cajas juntos y dejar caer las paredes no cambiar nada.

La "presión", $dE_k/d(kL)$, (o "tensión", lo que sea que quieras llamarlo en 1D) es el mismo que para una sola caja, $dE/dL$. En otras palabras, la degeneración de la presión es intensivo.

Otros que el cálculo es, ¿hay alguna razón por la que este debe ser así? Es sólo una coincidencia afortunada? Debido a que las partículas cuánticas "sentir" todo el volumen de la caja en lugar de ser localizados, me parece que quiere pensar acerca de todo el sistema a la vez, y que la presión en lugar de depender del tamaño del sistema, pero no es así. ¿Por qué no? ¿Hay alguna lección que debo aprender acerca de la cuántica, mecánica estadística más general?

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Kevin Zhou Puntos 1670

Semiclásicamente, las partículas cuánticas en$n$ dimensions toman un volumen$h^n$ del espacio de fase. Por lo tanto, si mantiene la densidad de espacio de posición constante, el volumen de espacio de momento por partícula permanece igual. Esto significa que el momento característico de las partículas es intrínseco. Dado que la presión va con la densidad de energía, esto implica que la presión es intrínseca también.

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Jane Sales Puntos 10895

Primero de todo, no creo que esto es cierto en general. Específicamente, para los sistemas con la suficiente interacciones de largo alcance, como $V\sim r^{-d}$ o más de la gama, la presión de Fermi no será más intenso. De hecho, la densidad de energía no va a ser intensivo para cualquier partícula de estadísticas, y como resultado de la termodinámica no existe límite para este tipo de sistemas.

De modo más general de la forma de esta pregunta sería preguntar: ¿por qué el límite termodinámico existen para que no interactúan las partículas? Pero supongo que es más o menos la definición de "no-interacción" que las partículas no cambian sus energías al traer a varios de ellos juntos!

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