Две противоречивые формы уравнения состояния нерелятивистского газа

Я столкнулся с двумя противоречивыми выводами уравнения состояния нерелятивистского газа. Однако выводы релятивистского уравнения состояния обоих источников согласуются. Я думаю, может быть, расхождение связано с разными определениями энергии (термодинамика против...?). Я резюмировал аргументы ниже.

Источник 1 : Заметки о звездной структуре и эволюции О. Р. Полса, стр. 24 http://www.astro.ru.nl/~onnop/education/stev_utrecht_notes/chapter1-4.pdf

Начнем с интеграла давления,

п "=" 1 3 0 д п н ( п ) п в п "=" 1 3 н п в п ,
где н ( п ) - функция распределения по импульсу, п это импульс, и в п скорость частицы с импульсом п . Также напомним, что «внутренняя плотность энергии» ты является
ты "=" 0 д п н ( п ) Е п "=" н Е п ,
где Е п это кинетическая энергия.

Для нерелятивистского случая в п "=" п м , так

п "=" 1 3 н п в п "=" 1 3 н п 2 м
"=" 1 3 н 2 Е п "=" 2 3 ты ,
так что вывод такой
п "=" 2 3 ты .

Источник 2 : Райден Введение в космологию , стр. 55.

Уравнения состояния здесь обозначаются

п "=" ж ε ,
где Я предполагаю, что Райден  ε  такой же, как у Пола  ты . Нерелятивистский газ подчиняется закону идеального газа,
п "=" р мю к Т ,
где р это плотность и мю - средняя масса частиц. Для нерелятивистских частиц
ε р ,
так
п к Т мю ε

Для нерелятивистского газа

3 к Т "=" мю в 2
и поэтому
п "=" в 2 3 ϵ ,
но где она утверждает
в 2 3 1 ,
что явно противоречит утверждению Полса о том, что этот фактор пропорциональности 2 3 . На самом деле, Райден считает, что пропорциональность 0 , так что п "=" 0 для нерелятивистского газа.

Мне интересно, как примирить эти два аргумента. Полы ты и Райдена ε тот же "тип" энергии?

Вы правы, я сделал цифры и не могу заставить этот термин исчезнуть, поэтому я стер свой ответ.

Ответы (1)

Вывод Pols правильный. Райден принимает странное решение отключить релятивистскую энергию покоя. ε "=" р с 2 в классический закон идеального газа. Конечно, имеет смысл определить классическую кинетическую энергию

ты "=" 1 2 р в 2
так что
п "=" 2 к Т ты мю в 2 "=" 2 3 ты .

Спасибо за Ваш ответ! Я на самом деле нашел этот вывод в книге по статистике мехов позже. Однако я знаю, что в космологии принято обсуждать уравнения состояния «холодной пыли», которые точно такие же, как описал Райден: п "=" 0 . Я все еще не совсем уверен, как согласовать это с выводом, который вы предоставили. Это просто ты "=" 0 тоже, потому что, может быть, ты просто внутренний кинетический плотность энергии (т. е. не энергия массы покоя), а для холодной нерелятивистской материи в 2 0 в первом приближении?