重力场和强磁场中费米气体的热力学性质

基于半经典近似,研究重力场和强磁场共存下费米气体的热力学性质,通过理论解析和数值模拟分析强磁场背景下重力场对系统热力学性质的影响.研究表明:与单纯强磁场相比,重力场的引入使能量及化学势都降低.随温度的上升,重力场对化学势的影响逐渐放大;对热容的影响有极大值.重力场使系统的热容随磁场的振荡几乎不变、使化学势的振荡中心下移.     

强磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质

基于赝势法和局域密度近似研究了强磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质,得出化学势、总能和热容量的解析式,同时分析了磁场及相互作用对系统热力学性质的影响.研究表明,无论是高温情况还是低温情况下,磁场都能调节相互作用的影响.低温下,与无磁场的系统相比,磁场降低系统的化学势、总能和热容量;与无相互作用系统相比,排斥作用增加化学势而降低总能及热容量.高温下,磁场和排斥作用均可降低系统的总能而增加热容量,强磁场可以改变相互作用对总能及热容量的影响. 关键词： 强磁场 弱相互作用 费米气体 热力学性质     

有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质

基于巨正则系综理论和数值模拟方法，研究有限尺度下弱相互作用费米气体的热力学性质，给出系统低温下的化学势、能量及热容量的解析式，分析弱相互作用、有限尺度效应对系统热力学性质的影响.研究表明，有限尺度和排斥相互作用增大了系统的化学势、能量,吸引相互作用减小了系统的化学势、能量.相互作用受到尺度的调制，尺度变大，相互作用影响变小，相互作用和尺度效应都受到温度的调制，温度升高，相互作用和尺度的影响减小.尺度和相互作用的一级修正对热容量无影响.     

强磁场中超冷费米气体的相对论效应

由单粒子的弱相对论能谱及泊松公式,导出强磁场中费米气体的热力学势函数.在此基础上,运用热力学关系求解低温条件下系统的统计特征量的解析式,分析相对论效应对统计性质的影响机理.研究表明,磁场愈强,相对论效应愈明显.相对论效应引发的单调项与相应的振荡项的振幅相比,对总能,单调项远大于振幅;对化学势及磁矩,单调项与振幅几乎同一量级. 关键词： 强磁场 费米气体 相对论效应     

弱磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质

根据赝势法和系综理论导出弱磁场中弱相互作用费米气体的内能、化学势和热容量的小参数r的解析式.在此基础上给出高温和低温两种情况下弱磁场中弱相互作用费米气体的热力学性质,探讨磁场及粒子间相互作用对热力学性质的影响,分析磁场与三维谐振势两种约束对系统性质影响的不同及其原因. 关键词： 赝势法 费米气体 相互作用 热力学性质     

广义不确定性原理下费米气体低温热力学性质

在考虑到广义不确定性原理时, 统计物理中的态密度必须做出修正, 这导致对传统统计物理的所有结果都有不同程度的修正. 在高能、高温条件下, 此修正是颠覆传统观念的, 在低温条件下, 也有一定的修正. 研究了低温条件下考虑到广义不确定性原理时, 理想费米气体和具有弱相互作用费米气体的热力学性质, 分别给出理想费米气体和弱相互作用费米气体的化学势、内能和定容热容的解析表达式, 并以铜电子气体为例进行了具体数值计算, 将计算结果与不考虑广义不确定性原理时的费米气体的热力学性质进行了比较, 探讨了广义不确定性原理对系统热力学性质的影响. 考虑到广义不确定性原理后费米气体的化学势、费米能和基态能增大, 热容减少, 内能随温度的增加先增大, 到某一温度(对于铜电子气体, T/T_F0～0.3)时, 增值为零, 温度再增加内能减少. 这些修正的具体数值主要由粒子数密度决定, 粒子数密度越大, 修正越大.     

弱相互作用费米气体的相对论顺磁性

通过考虑单粒子的相对论能量并且应用量子统计方法，研究弱磁场中弱相互作用费米气体的相对论顺磁性，求解相对论性的最可几磁化率及平均磁化率，讨论相对论效应对最可几磁化率的影响，给出相对论性的粒子数的临界值. 结果显示, 与非相对论情况比较，当 时, 相对论情况下的最可几磁化率和粒子数的临界值都没有变化. 当 时，相对论效应使系统呈现顺磁性容易，而且相对论效应增加磁化率，同时也放大了相互作用对磁化率的影响.     

磁场中非广延相对论费米系统的统计性质

基于广义外势中的非广延统计理论,运用理论解析与数值模拟方法,研究磁场中非广延极端相对论费米气体的热力学性质,给出总能、热容量、化学势的解析式,分析非广延参数、极端相对论效应、磁场及温度对系统热力学性质的影响机理.研究显示,非广延参数不仅对热力学性质有直接的影响,而且也影响着磁场的物理效应. 随温度的升高,非广延参数及磁场对热力学性质的影响均被放大.极端相对论效应对化学势及热容量有特别显著的影响.     

弱相互作用费米气体的相对论顺磁性

通过考虑单粒子的相对论能量并且应用量子统计方法,研究弱磁场中弱相互作用费米气体的相对论顺磁性,求解相对论性的最可几磁化率及平均磁化率,讨论相对论效应对最可几磁化率的影响,给出相对论性的粒子数的临界值. 结果显示, 与非相对论情况比较,当 时, 相对论情况下的最可几磁化率和粒子数的临界值都没有变化. 当 时,相对论效应使系统呈现顺磁性容易,而且相对论效应增加磁化率,同时也放大了相互作用对磁化率的影响.     

弱相互作用费米气体的热力学性质

根据赝势法导出无外势时弱相互作用费米气体的化学势、内能和定容热容的解析表达式.在此基础上，采用局域密度近似研究谐振势中弱相互作用费米气体的热力学性质，探讨粒子间相互作用对系统性质的影响. 关键词： 费米气体 相互作用 赝势法 局域密度近似 热力学性质     

Relativistic thermodynamic properties of a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field

This paper derives the analytical expression of free energy for a weakly interacting Fermi gas in a weak magnetic field, by using the methods of quantum statistics as well as considering the relativistic effect. Based on the derived expression, the thermodynamic properties of the system at both high and low temperatures are given and the relativistic effect on the properties of the system is discussed. It shows that, in comparison with a nonrelativistic situation, the relativistic effect changes the influence of temperature on the thermodynamic properties of the system at high temperatures, and changes the influence of particle-number density on them at extremely low temperature. But the relativistic effect does not change the influence of the magnetic field and inter-particle interactions on the thermodynamic properties of the system at both high and extremely low temperatures.     

Finite-size effects in a D-dimensional ideal Fermi gas

By using the Euler-MacLaurin formula,this paper studies the thermodynamic properties of an ideal Fermi gas confined in a D-dimensional rectangular container.The general expressions of the thermodynamic quantities with the finite-size corrections are given explicitly and the effects of the size and shape of the container on the properties of the system are discussed.It is shown that the corrections of the thermodynamic quantities due to the finite-size effects are significant to be considered for the case of strong degeneracy but negligible for the case of weak degeneracy or non-degeneracy.It is important to find that some familiar conclusions under the thermodynamic limit are no longer valid for the finite-size systems and there are some novel characteristics resulting from the finite-size effects,such as the nonextensivity of the system,the anisotropy of the pressure,and so on.     

Thermodynamic coefficients of ideal Fermi gas

We present analytical formulae for the first and second derivatives of the Helmholtz free energy of non-relativistic ideal Fermi gas. Important thermodynamic quantities such as heat capacity, sound velocity, heat capacity ratio, and others are explicitly expressed through the derivatives. We demonstrate correct ideal Boltzmann gas and low-temperature Fermi gas asymptotes and derive corrections to thermodynamic functions for these limiting cases. Numerical computations of thermodynamic properties of ideal Fermi gas can be accurately performed using the developed freely available Python module ifg .     

Thermodynamic stability of a weakly interactingFermi gas trapped in a harmonic potential

Based on the theoretical results derived from pseudopotential method and local approximation, this paper studies the thermodynamic stability of a weakly interacting Fermi gas trapped in a harmonic potential by using analytical method of thermodynamics. The effects of the interparticle interactions as well as external potential on the thermodynamic stability of the system are discussed. It is shown that the system is stable as for the complete average, but as for local parts, the system is unstable anywhere. This instability shows that the stability conditions of mechanics cannot be satisfied anywhere, and the stability conditions of thermostatics cannot be satisfied somewhere. In addition, the interactions and external potential have direct effects on the local stability of the system.