Zwei widersprüchliche Formen der Zustandsgleichung eines nichtrelativistischen Gases

Ich bin auf zwei widersprüchliche Ableitungen der Zustandsgleichung eines nicht-relativistischen Gases gestoßen. Allerdings stimmen die Ableitungen der relativistischen Zustandsgleichung beider Quellen überein. Ich denke, die Diskrepanz liegt vielleicht an unterschiedlichen Definitionen von Energie (Thermodynamik versus ...?). Ich habe die Argumente unten zusammengefasst.

Quelle 1 : Anmerkungen zu Stellar Structure & Evolution von OR Pols, Seite 24 http://www.astro.ru.nl/~onnop/education/stev_utrecht_notes/chapter1-4.pdf

Beginnen Sie mit dem Druckintegral,

P = 1 3 0 D P N ( P ) P v P = 1 3 N P v P ,
Wo N ( P ) ist die Verteilungsfunktion im Impuls, P ist der Impuls, und v P ist die Geschwindigkeit eines Teilchens mit Impuls P . Denken Sie auch daran, dass die "innere Energiedichte" u Ist
u = 0 D P N ( P ) E P = N E P ,
Wo E P ist die kinetische Energie.

Für den nichtrelativistischen Fall gilt v P = P M , So

P = 1 3 N P v P = 1 3 N P 2 M
= 1 3 N 2 E P = 2 3 u ,
also ist das Fazit
P = 2 3 u .

Quelle 2 : Rydens Einführung in die Kosmologie , Seite 55.

Zustandsgleichungen sind hier bezeichnet

P = w ε ,
Wo Ich gehe davon aus, dass es Rydens ist  ε  ist das gleiche wie Pols  u . Nichtrelativistisches Gas gehorcht dem idealen Gasgesetz,
P = ρ μ k T ,
Wo ρ ist die Dichte und μ ist die mittlere Masse der Teilchen. Für nichtrelativistische Teilchen gilt
ε ρ ,
So
P k T μ ε

Für ein nichtrelativistisches Gas gilt

3 k T = μ v 2
und somit
P = v 2 3 ϵ ,
aber wo sie behauptet
v 2 3 1 ,
was eindeutig der Behauptung von Pols widerspricht, dass dieser Proportionalitätsfaktor gilt 2 3 . Tatsächlich nimmt Ryden die Verhältnismäßigkeit an 0 , so dass P = 0 für ein nichtrelativistisches Gas.

Ich frage mich, wie ich diese beiden Argumente in Einklang bringen kann. Sind Polen u und Rydens ε die gleiche "Art" von Energie?

Sie haben Recht, ich habe die Zahlen gemacht und kann diesen Begriff nicht verschwinden lassen, also habe ich meine Antwort gelöscht.

Antworten (1)

Die Herleitung von Pols ist korrekt. Ryden trifft die seltsame Entscheidung, die relativistische Ruheenergie zu verstopfen ε = ρ C 2 in das klassische ideale Gasgesetz. Sicherlich ist es sinnvoller, eine klassische kinetische Energie zu definieren

u = 1 2 ρ v 2
so dass
P = 2 k T u μ v 2 = 2 3 u .

Danke für deine Antwort! Ich habe diese Herleitung später tatsächlich in einem Stat-Mech-Buch gefunden. Ich weiß jedoch, dass es in der Kosmologie üblich ist, Zustandsgleichungen für "kalten Staub" zu diskutieren, die genau so sind, wie Ryden es beschrieben hat, P = 0 . Ich bin mir immer noch nicht ganz sicher, wie ich das mit der von Ihnen angegebenen Ableitung in Einklang bringen soll. Ist es nur das u = 0 auch, weil vielleicht u ist nur intern kinetisch Energiedichte (dh nicht Ruhemassenenergie) und für kalte nicht-relativistische Materie, v 2 0 in erster Näherung?