Выраджаны газ: Розніца паміж версіямі

'''Выраджаны газ''' - — [[газ]], на уласцівасціўласцівасці якога істотна ўплываюць квантавамеханічныя эфекты, якія ўзнікаюць з прычыны тоеснасці яго часціц. выраджэннеВыраджэнне надыходзіць ва ўмовах, калі адлегласці паміж часціцамі газу становяцца сувымернымі з даўжынёй [[хваля дэ Бройля|хвалі дэ Бройля]]; у залежнасці ад спіна[[спін]]а часціц вылучаюцца два тыпутыпы выраджаных газаў — - Фермі[[фермі-газ]], утвораны [[ферміён]]амі (часціцамі з паўцелымпаўцэлым спінам) і Бозэ[[бозэ-газ]], утвораны [[базон]]амі (часціцамі з цэлым спінам).

Уплыў тоеснасці часціц становіцца істотным пры памяншэнні сярэдніх адлегласцяўадлегласцей паміж імі да адлегласцяўадлегласцей, сувымерных з даўжынёй хвалі дэ Бройля, асацыяванай з часціцай. Гэта значыць, што выконваецца ўмова:

: <math> \! N^{ - 1/3} \sim r \sim \lambda, </math>

: <math>\! N</math> — аб’ёмная канцэнтрацыя часціц,
: <math> \lambda = h/{\left(mv \right) }</math>  — даўжыня хвалі дэ Бройля часціц [[Маса|масы]] <math>\! m</math>, якія рухаюцца зса [[Хуткасцьскорасць|хуткасцюскорасцю]] <math>\! v</math>.

Умовы выраджэння выконваюцца пры досыць нізкай [[Тэмпература|тэмпературы]] <math>\! T</math> (для [[Ідэальны газ|ідэальнага газу]] <math>\! v \sim \sqrt T</math>) і высокай канцэнтрацыі часціц <math>\! N</math>.

== Выраджэнне Ферміфермі- і Бозэбозэ-газаў ==

[[Файл:Degenetate.Gas.Pressure.vs.Temperature.plot.jpg|200px|міні|Залежнасць ціску выраджанага Ферміфермі-газу ад тэмпературы, захаванню стану выраджэння адпавядае гарызантальная галіна.]]

Калі для Ферміфермі-газу з прычыны дзеяннідзеяння [[Прынцып Паўлі|прынцыпу Паўлі]] ціск выраджанага газу вышэй ціску ідэальнага газу ў тых жа ўмовах, то для выраджанага Бозэбозэ-газу ціск ніжэй ціску ідэальнага газу з прычыны кандэнсацыі{{нп5|кандэнсат Бозэ -— Эйнштэйна|кандэнсацыі Бозэ — Эйнштэйна|ru|Конденсат Бозе — Эйнштейна}}.

У Ферміфермі-газу (да якога належыць электронны газ у метале) пры поўным выраджэнні (пры <math>\! T = 0K</math>) запоўненыя ўсе ніжнія энергетычныя ўзроўні аж да некаторага максімальнага, званагаякі называецца [[Узровеньузровень Фермі|узроўнемўзроўнем Фермі]], а ўсе наступныя застаюцца пустымі. Павышэнне тэмпературы толькі нязначна змяняе такое размеркаванне электронаў [[метал]]у па ўзроўнях: малая доля электронаў, якія знаходзяцца на узроўнях, блізкіх да ўзроўню Фермі, пераходзіць на пустыя ўзроўні з большай энергіяй, вызваляючы такім чынам ўзроўні ніжэй узроўня Фермі, з якіх быў здзейснены пераход.

Пры выраджэнні газу базонаў з часціц з масай, якая адрозніваецца ад нуля (такімі базонамі могуць быць [[атам]]ы і [[Малекула|малекулы]]) некаторая доля часціц сістэмы павінна пераходзіць у стан з нулявым імпульсам; гэта з'яваз’ява называецца бозэ - эйнштэйнаўскай кандэнсацыяй. Чым бліжэй тэмпература да [[Абсалютны нуль тэмпературы|абсалютнага нуля]], тым больш часціц павінна апынуццааказацца ў гэтым стане. Аднак, сістэмы такіх часціц пры паніжэнні тэмпературы да вельмі нізкіх значэнняў пераходзяць у цвёрды ці вадкі (для гелія) станы, да якіх непрыстасавальнае набліжэннепрыбліжэнне ідэальнага газу непрымянімае.

Для газу з базонаў нулявой масы, да якіх адносяцца [[фатон]]ы, тэмпература выраджэння роўная бясконцасцібесканечнасці; таму фатонны газ заўсёды выраджаны, і класічная статыстыка да яго не ўжываеццапрымяняецца. Фатонны газ з'яўляеццаз’яўляецца адзіным выраджаным ідэальным бозэ-газам стабільных часціц. Аднак бозэ-эйнштэйнаўская кандэнсацыя ў ім не адбываецца, так якбо не існуе фатонаў з нулявым імпульсам (фатоны заўсёды рухаюцца зса [[Хуткасцьскорасць святла|хуткасцюскорасцю святла]]).

З'яваЗ’ява выраджэння Ферміфермі-газаў гуляеіграе важную ролю ў эвалюцыі [[Зорка|зорак]]: так, ціск электроннага выраджанага газу ўраўнаважвае прыцягненне ў [[белы карлік|белых карлікаў]], а ціск нейтроннага выраджанага газу ўраўнаважвае прыцягненне ў [[Нейтронная зорка|нейтронных зорках]].