Tekanan kedegeneratan Jirim degenerat

Tidak seperti gas ideal klasik, yang tekanannya berkadar dengan suhunya

P = k B N T V , {\displaystyle P=k_{\rm {B}}{\frac {NT}{V}},}

P ialah tekanan, k B ialah pemalar Boltzmann, N ialah bilangan zarah—biasanya atom atau molekul—, T ialah suhu, dan V ialah isipadu, tekanan yang dikenakan oleh jirim degenerat bergantung hanya dengan lemah pada suhunya. Khususnya, tekanan kekal bukan sifar walaupun pada suhu sifar mutlak. Pada ketumpatan yang agak rendah, tekanan gas yang degenerat sepenuhnya boleh diperoleh dengan memperlakukan sistem sebagai gas Fermi yang ideal, dengan cara ini

P = ( 3 π 2 ) 2 / 3 ℏ 2 5 m ( N V ) 5 / 3 , {\displaystyle P={\frac {(3\pi ^{2})^{2/3}\hbar ^{2}}{5m}}\left({\frac {N}{V}}\right)^{5/3},}

m ialah jisim zarah individu yang membentuk gas. Pada ketumpatan yang sangat tinggi apabila kebanyakan zarah dipaksa ke dalam keadaan kuantum dengan tenaga relativistik, tekanan diberikan oleh

P = K ( N V ) 4 / 3 , {\displaystyle P=K\left({\frac {N}{V}}\right)^{4/3},}

dan K ialah pemalar kekadaran lain bergantung pada sifat zarah yang membentuk gas.[7]

Lengkung tekanan vs suhu gas ideal klasik dan kuantum ( gas Fermi, gas Bose ) dalam tiga dimensi.

Semua jirim mengalami kedua-dua tekanan terma biasa dan tekanan kedegeneratan, tetapi dalam gas yang biasa ditemui, tekanan terma mendominasi begitu banyak sehingga tekanan kedegeneratan boleh diabaikan. Begitu juga, bahan degenerat masih mempunyai tekanan terma biasa, tekanan kedegeneratan mendominasi sehingga suhu mempunyai kesan yang boleh diabaikan ke atas jumlah tekanan. Rajah bersebelahan menunjukkan bagaimana tekanan gas Fermi tepu semasa ia disejukkan, berbanding dengan gas ideal klasik.

Walaupun tekanan kedegeneratan biasanya mendominasi pada ketumpatan yang sangat tinggi, nisbah antara tekanan kedegeneratan dan tekanan haba yang menentukan kedegeneratan. Memandangkan peningkatan suhu yang cukup drastik (seperti semasa denyar helium bintang gergasi merah), jirim boleh menjadi tidak degenerat tanpa mengurangkan ketumpatannya.

Tekanan kedegeneratan menyumbang kepada tekanan pepejal konvensional, tetapi ini biasanya tidak dianggap sebagai jirim degenerat kerana sumbangan penting kepada tekanan mereka disediakan oleh tolakan elektrik nukleus atom dan penyaringan nukleus antara satu sama lain oleh elektron. Model elektron bebas logam memperoleh sifat fizikalnya dengan menganggap elektron pengaliran sahaja sebagai gas degenerat, manakala majoriti elektron dianggap sebagai menduduki keadaan kuantum terikat. Keadaan pepejal ini berbeza dengan bahan degenerat yang membentuk jasad kerdil putih, iaiatu apabila kebanyakan elektron akan dianggap sebagai menduduki keadaan momentum zarah bebas.

Contoh eksotik jirim degenerat termasuk jirim degenerat neutron, jirim pelik, hidrogen logam dan jirim kerdil putih.

Rujukan

WikiPedia: Jirim degenerat https://academic.oup.com/mnras/article/87/2/114/10... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1926MNRAS..87..1... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011PhRvD..84h40... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010PhyU...53.12... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1939PhRv...55..3... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020NatPh..16..9... https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1926ZPhy...36..9... https://doi.org/10.1093%2Fmnras%2F87.2.114 https://doi.org/10.1103%2FPhysRevD.84.084007 https://doi.org/10.3367%2FUFNe.0180.201012c.1279