结构推理
(1)证明三维自由电子气体基态下的动能为
式中,N是电子数,N=nV,n为电子数密度;V为体积;为费密能。
(2)证明基态下电子气体的压强p与体积V的关系为
(3)证明基态下自由电子气体的体积弹性模量B为
【正确答案】解:(1)根据三维自由电子气体模型,其基态下的动能为
式中,m为电子质量,是k空间中电子态密度。电子费密波矢为
于是,自由电子气体基态下动能为
(2)根据气体压强与内能的关系可知,自由电子气体基态下的压强为
由于,正比于,而仅仅通过因子依赖于体积V,由此得到
(3)体积弹性模量,由于,由上式可得压强p正比于,于是有
这里是电子浓度,若用无量纲量表示电子浓度,则有
【答案解析】