理想气体单粒子能级密度

             

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1. 相空间法

\begin{equation} \Omega_0 = \frac{1}{h^3}\int\limits_{\sum {p^2} \leqslant 2mE} \,\mathrm{d}^{3}{q} \,\mathrm{d}^{3}{p} = \frac{V}{h^3}\frac43 \pi {p^3} = \frac{V}{h^3}\frac43 \pi (2m\varepsilon)^{3/2} \end{equation}
\begin{equation} a(\varepsilon) = \frac{\mathrm{d}{\Omega_0}}{\mathrm{d}{\varepsilon}} = \frac{2\pi V(2m)^{3/2}}{h^3} \varepsilon^{1/2} \end{equation}

2. 量子力学法

   由盒中粒子得,单粒子的能级为

\begin{equation} \varepsilon = \frac{\hbar ^2}{2m} \left[ \left(\frac{\pi n_x}{L_x} \right) ^2 + \left(\frac{\pi n_y}{L_y} \right) ^2 + \left(\frac{\pi n_z}{L_z} \right) ^2 \right] = \frac{\hbar ^2}{2m} (k_x^2 + k_y^2 + k_z^2) \end{equation}
在 $k$ 空间中,每个能级所占的体积为
\begin{equation} V_1 = \frac{\pi^3}{L_x L_y L_z} = \frac{\pi^3}{V} \end{equation}
$K$ 空间中,能量小于 $E$ 的量子态数为(注意 $n$ 为正值,所以只求一个卦限的体积,要乘 $1/8$)
\begin{equation} \Omega_0 = \left. \frac18\cdot \frac{\hbar^2}{2m}\frac43 \pi k^3 \middle/ \frac{\pi^2}{V} \right. = \frac{V}{h^3}\frac43 \pi(2m\varepsilon)^{3/2} \end{equation}
这就是式 1 ,对能量求导得式 2

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