ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термодинамика систем с отрицательными температурами из "Термодинамика " Системы с отрицательными абсолютными температурами обладают рядом специфических свойств, которых нет у обычных систем. Чтобы установить эти свойства, сформулируем, опираясь на опыт, вначале основные законы термодинамики для таких систем. [c.141] Остается также прежней формулировка второго начала термодинамики в виде закона о существовании и возрастании энтропии, другие же формулировки этого начала изменяются. Выберем за исходное такое выражение второго начала, которое непосредственно следует из опыта по превращению теплоты в работу и работы в теплоту. [c.142] Поэтому второе начало для необычных систем при Г О К можно сформулировать в следующем виде невозможен вечный двигатель второго рода, причем это утверждение допускает обращение. [c.143] Это означает, что в замкнутом круговом процессе при Г 0 К ни теплоту нельзя превратить в работу без компенсации (имеется в виду первый элемент компенсации), ни работу в теплоту (имеется в виду второй элемент компенсации). [c.143] Таким образом, для любых систем (обычных и необычных) можно исходить из следующей формулировки второго начала невозможен вечный двигатель второго рода, причем это утверждение не допускает обращения в случае обычных систем и допускает обращение при Т ОК для необычных систем. [c.143] Понятия обратимый и необратимый процессы определяются в случае отрицательных абсолютных температур тем, связаны ли обратные им процессы с некомпенсированным превращением работы в теплоту. Так, процесс перехода системы из состояния I в состояние 2 называется обратимым, если обратный переход из 2 в 7 не связан с некомпенсированным превращением работы в теплоту процесс же перехода системы из 7 в 2 называется необратимым, если обратный переход из 2 в / связан с некомпенсированным превращением работы в теплоту. [c.143] Определения равновесного и неравновесного процессов остаются без изменения. [c.143] Различные утверждения третьего закона термодинамики остаются неизменными при отрицательных абсолютных температурах, если под абсолютным нулем температуры понимать О К как положительной, так и отрицательной температуры. Температуры + 0 К и —О К соответствуют совершенно различным физическим состояниям. Для первого система находится в состоянии с наименьшей возможной энергией, а для второго — с наивысшей. Система не может стать холоднее, чем -ЬО К, так как она не может больше отдать энергию. Она не может стать горячее, чем —О К, так как она не может больше поглотить энергию. [c.144] Принцип недостижимости абсолютного нуля формулируется следующим образом невозможно с помощью любой, как угодно идеализированной процедуры за конечное число операций охладить любую систему до +0 К или нагреть любую систему до —ОК. [c.145] Рассмотрим теперь некоторые свойства систем в состояниях с отрицательной абсолютной температурой. [c.145] Нетрудно также убедиться, что при тепловом контакте систем с температурами разных знаков теплота переходит от тел с отрицательной температурой к телу с положительной температурой, т. е. опять-таки от горячего тела к холодному. [c.145] Так как температура теплоотдатчика больше, чем теплоприемника, то Т Т2, T2/Tf l и, следовательно, Г) 0. Это означает, что при отрицательной абсолютной температуре, для того чтобы теплоту отнять от горячего тела и передать холодному, необходимо затратить работу. При этом, согласно первому началу, холодному телу сообщается больше теплоты, чем отнято у горячего на совершенную работу. Когда такой двигатель действует в противоположном направлении, т. е. выполняет роль холодильной машины, то при переносе теплоты от холодного тела к горячему им производится работа. Если потом с помощью теплового контакта обоих тел позволить перейти теплоте от горячего тела к холодному, то получим периодически работающий Двигатель, который, не вызывая никаких изменений в окружающей среде, производит работу за счет теплоты одного (холодного ) тела. Как видим, в области отрицательных абсолютных температур можно осуществить вечный двигатель второго рода Томсона — Планка. [c.146] цикла Карно, действующего между отрицательными температурами, так же как и в области положительных температур, меньше единицы. Это означает, что как при положительных, так и при отрицательных температурах тепловые двигатели поглощают теплоту больше, чем производят работу. [c.146] Цикл Карно (обратимый) между температурами с разными знаками осуществить невозможно. Дело в том, что с помощью равновесного адиабатного намагничивания системы спинов можно повысить температуру на подюжительной шкале температур как угодно высоко, но ее нельзя заставить перейти к отрицательным значениям. Аналогичное утверждение справедливо, если начальное состояние имеет отрицательную температуру. Переход системы от положительных к отрицательным температурам можно осуществить только с помощью нестатического процесса (см. 32). [c.146] Вернуться к основной статье