Phương trình của Boltzmann CỦA VÀ Saha
Số trang: 22
Loại file: pdf
Dung lượng: 89.65 KB
Lượt xem: 13
Lượt tải: 0
Xem trước 3 trang đầu tiên của tài liệu này:
Thông tin tài liệu:
Một đo lường sức mạnh của một dòng phổ nguyên tắc có thể cho phép chúng tôi xác định số lượng của các nguyên tử ở cấp độ ban đầu của quá trình chuyển đổi sản xuất. Đối với một dòng khí thải, mức ban đầu là cấp trên của quá trình chuyển đổi, cho một dòng hấp thụ nó là mức độ thấp hơn. Để xác định tổng số nguyên tử (trong tất cả các mức năng lượng) trong mã nguồn, nó là cần thiết để biết, ngoài số lượng của các nguyên tử trong một mức độ cụ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương trình của Boltzmann CỦA VÀ Saha 1 CHAPTER 8 BOLTZMANNS AND SAHAS EQUATIONS8.1 Introduction A measurement of the strength of a spectrum line can in principle enable us to determine thenumber of atoms in the initial level of the transition that produces it. For an emission line, thatinitial level is the upper level of the transition; for an absorption line it is the lower level. In orderto determine the total number of atoms (in all energy levels) in the source, it is necessary to know,in addition to the number of atoms in a particular level, how the atoms are distributed, orpartitioned, among their numerous energy levels. This is what Boltzmanns equation is concernedwith. But even this will tell us only how many atoms there are in a particular ionization stage. Ifwe are to determine the total abundance of a given element, we must also know how the atoms aredistributed among their several ionization stages. This is what Sahas equation is concerned with.8.2 Stirlings Approximation. Lagrangian Multipliers. In the derivation of Boltzmanns equation, we shall have occasion to make use of a result inmathematics known as Stirlings approximation for the factorial of a very large number, and weshall also need to make use of a mathematical device known as Lagrangian multipliers. These twomathematical topics are described in this section. 8.2i Stirlings Approximation. Stirlings approximation is ln N ! ≅ N ln N − N . 8.2.1Its derivation is not always given in discussions of Boltzmanns equation, and I therefore offer onehere.The gamma function is defined as Γ( x + 1) = ∞ ∫ t x e − t dt 8.2.2 0or, what amounts to the same thing, Γ( x ) = ∞ ∫ t x −1e − t dt . 8.2.3 0In either case it is easy to derive, by integration by parts, the recursion formula Γ( x + 1) = xΓ(x ). 8.2.4 2If x is a positive integer, N, this amounts to Γ( N + 1) = N!. 8.2.5 I shall start from equation 8.2.2. It is easy to show, by differentiation with respect to t , that theintegrand t x e − t has a maximum value of ( x / e ) x where t = x . I am therefore going to divide bothsides of the equation by this maximum value, so that the new integrand is a function that has amaximum value of 1 where t = x : ( ex )x Γ(x + 1) = ∫0 ( tx ) e − (t− x )dt . ∞ x 8.2.6Now make a small change of variable. Let s = t − x , so that ( ex )x Γ(x + 1) = ∫− x(1 + sx )x e− s ds = ∫− x f (s )ds. ∞ ∞ 8.2.7Bearing in mind that we aim to obtain an approximation for large values of x , let us try to obtain anexpansion of f (s) as a series in s/x . A convenient way of obtaining this is to take the logarithm ofthe integrand: ln f ( s ) = x ln (1 + ) − s, s 8.2.8 xand. provided that |s | < x , the Maclaurin expansion is ( ) ln f ( s ) = x s − 1 .( s ) + K − s. 2 8.2.9 x2xIf x is sufficiently large, this becomes s2 , ln f ( s) = − 8.2.10 ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương trình của Boltzmann CỦA VÀ Saha 1 CHAPTER 8 BOLTZMANNS AND SAHAS EQUATIONS8.1 Introduction A measurement of the strength of a spectrum line can in principle enable us to determine thenumber of atoms in the initial level of the transition that produces it. For an emission line, thatinitial level is the upper level of the transition; for an absorption line it is the lower level. In orderto determine the total number of atoms (in all energy levels) in the source, it is necessary to know,in addition to the number of atoms in a particular level, how the atoms are distributed, orpartitioned, among their numerous energy levels. This is what Boltzmanns equation is concernedwith. But even this will tell us only how many atoms there are in a particular ionization stage. Ifwe are to determine the total abundance of a given element, we must also know how the atoms aredistributed among their several ionization stages. This is what Sahas equation is concerned with.8.2 Stirlings Approximation. Lagrangian Multipliers. In the derivation of Boltzmanns equation, we shall have occasion to make use of a result inmathematics known as Stirlings approximation for the factorial of a very large number, and weshall also need to make use of a mathematical device known as Lagrangian multipliers. These twomathematical topics are described in this section. 8.2i Stirlings Approximation. Stirlings approximation is ln N ! ≅ N ln N − N . 8.2.1Its derivation is not always given in discussions of Boltzmanns equation, and I therefore offer onehere.The gamma function is defined as Γ( x + 1) = ∞ ∫ t x e − t dt 8.2.2 0or, what amounts to the same thing, Γ( x ) = ∞ ∫ t x −1e − t dt . 8.2.3 0In either case it is easy to derive, by integration by parts, the recursion formula Γ( x + 1) = xΓ(x ). 8.2.4 2If x is a positive integer, N, this amounts to Γ( N + 1) = N!. 8.2.5 I shall start from equation 8.2.2. It is easy to show, by differentiation with respect to t , that theintegrand t x e − t has a maximum value of ( x / e ) x where t = x . I am therefore going to divide bothsides of the equation by this maximum value, so that the new integrand is a function that has amaximum value of 1 where t = x : ( ex )x Γ(x + 1) = ∫0 ( tx ) e − (t− x )dt . ∞ x 8.2.6Now make a small change of variable. Let s = t − x , so that ( ex )x Γ(x + 1) = ∫− x(1 + sx )x e− s ds = ∫− x f (s )ds. ∞ ∞ 8.2.7Bearing in mind that we aim to obtain an approximation for large values of x , let us try to obtain anexpansion of f (s) as a series in s/x . A convenient way of obtaining this is to take the logarithm ofthe integrand: ln f ( s ) = x ln (1 + ) − s, s 8.2.8 xand. provided that |s | < x , the Maclaurin expansion is ( ) ln f ( s ) = x s − 1 .( s ) + K − s. 2 8.2.9 x2xIf x is sufficiently large, this becomes s2 , ln f ( s) = − 8.2.10 ...
Tìm kiếm theo từ khóa liên quan:
giáo án hình học nâng cao đố vui toán học giáo trình toán học tài liệu học môn toán sổ tay toán học phương pháp dạy học toánGợi ý tài liệu liên quan:
-
Giáo trình Giải tích Toán học: Tập 1 (Phần 1) - GS. Vũ Tuấn
107 trang 378 0 0 -
Báo cáo thí nghiệm về thông tin số
12 trang 228 0 0 -
Giáo trình Giải tích Toán học: Tập 1 (Phần 2) - GS. Vũ Tuấn
142 trang 132 0 0 -
Luận Văn: Ứng Dụng Phương Pháp Tọa Độ Giải Một Số Bài Toán Hình Học Không Gian Về Góc và Khoảng Cách
37 trang 112 0 0 -
Giáo trình Toán học cao cấp (tập 2) - NXB Giáo dục
213 trang 91 0 0 -
69 trang 63 0 0
-
7 trang 55 1 0
-
Giáo trình xử lý nước các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp cơ lý học kết hợp hóa học-hóa lý p7
10 trang 51 0 0 -
0 trang 42 0 0
-
31 trang 38 1 0