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電子気体の比熱

Fermi-Diracの分布関数をf とすると

[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_1.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_2.gif]

電子気体の比熱をcとすると、

[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_3.gif]

と計算できる.ここでEeは電子のエネルギー、Deは状態密度である.

[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_4.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_5.gif]

であり、この関数は[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_6.gif]のところで鋭いピークを持ち、その他ではほぼゼロであることを考慮すると、Deハハをフェルミエネルギーでの値で置き換えて(De[Ef])積分の外に出し、積分範囲をマイナス無限大に拡大してもよい.

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[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_9.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_10.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_11.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_12.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_13.gif]

となり、積分できないようにみえるが、変数変換[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_14.gif]すると、

[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_15.gif]
[Graphics:Images/SpecifiHeat_gr_16.gif]

となり、比熱は絶対温度Tに比例することがわかる.


Converted by Mathematica ハハハハハJune 13, 2000