المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
اية الميثاق والشهادة لعلي بالولاية
2024-11-06
اية الكرسي
2024-11-06
اية الدلالة على الربوبية
2024-11-06
ما هو تفسير : اهْدِنَا الصِّراطَ الْمُسْتَقِيمَ ؟
2024-11-06
انما ارسناك بشيرا ونذيرا
2024-11-06
العلاقات الاجتماعية الخاصة / علاقة الوالدين بأولادهم
2024-11-06


Collapsed Star  
  
855   06:32 مساءاً   date: 14-8-2016
Author : Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 2 , p 78


Read More
Date: 7-8-2016 1283
Date: 11-8-2016 1000
Date: 25-8-2016 955

Collapsed Star

In a very simple model of a collapsed star a large number A = N + Z of nucleons (N neutrons and Z protons) and Z electrons (to ensure electric neutrality) are placed in a one-dimensional box (i.e., an infinite square well) of length L. The neutron and proton have equal mass 1 GeV, and the electron has mass 0.5 M eV Assume the nucleon number density is λ = 0.5 fm-1 (1 fm = 10-13 cm), neglect all interactions between the particles in the well, and approximate Z >> 1.

a) Which particle species are relativistic?

b) Calculate the ground state energy of the system as a function of Z for all possible configurations Z/A with fixed A.

c) What value of Z/A (assumed small) minimizes the total energy of the system?

SOLUTION

a) Using the 1D Schrodinger equation

(1)

with the boundary conditions ѱ(L/2) = ѱ(-L/2) = 0 gives

(2)

where n = 1, 2, 3,… . Protons, neutrons, and electrons are spin-1/2 fermions, so 2 may occupy each energy level, and we have

The kinetic energy of a particle

(3)

where

(4)

To determine which species are relativistic, we wish to find whether γ >> 1. We may extract γ from (2). For neutrons:

(5)

Similarly for protons:

(6)

Since N, Z < A, both neutrons and protons are non-relativistic. For electrons:

(7)

The equilibrium value of Z/A obtained in (c) for relativistic electrons gives Z/A ~ 0.07 which still leaves γe >> 1 in (7). Moreover, if we assume that the electrons are non-relativistic and minimize (14) below with electron energy (see 9)

(8)

we will get Z/A ~ 0.02 and γe ≈ 20 which contradicts the assumption. So the electrons are relativistic. Alternatively

the same as (5).

b) The ground state energy of the system is given by the sum of energies of all levels, which we may approximate by an integral. We calculate the total energies of non-relativistic particles (neutrons and protons) and relativistic ones (electrons) separately:

(9)

For 1-D electrons

(10)

(11)

(12)

The total electron energy is

(13)

where we used for an estimate an electron energy of the form E = cp since we have already established that they are relativistic. We can obtain a correct value of γe for them:

where we have used the result of (c), Z/A ≈ 0.07. The total energy of the star is

(14)

c) Let xZ/A. We need to find the minimum of the expression

(15)

where

(16)

(17)

Setting the derivative of (15) equal to zero gives

(18)

(19)

(20)

Finally,

(21)

So the minimum energy corresponds to a star consisting mostly (~93%) of neutrons.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.