Температура отрицательная абсолютна

Отрицательные абсолютные температуры [c.77]

Отсюда следует, что отрицательные абсолютные температуры являются более высокими, чем положительные, и лежат на температурной шкале не ниже абсолютного нуля, а выше бесконечно высокой температуры. Схематически эта ситуация изображена на рис.4.1. [c.78]

У обычных тел, внутренняя энергия которых непременно включает в себя кинетическую энергию частиц, такого максимума, очевидно, не существует. Их внутренняя энергия может быть сколь угодно велика. Поэтому они не могут иметь отрицательную абсолютную температуру. У спиновых же систем внутренняя энергия вовсе не связана с обычным движением частиц, и при заданных внешних условиях существует ее верхняя граница, которая и соответствует состоянию с Т - - 0. [c.78]

Реальные объекты, способные находиться в состояниях с отрицательными абсолютными температурами, стали доступны для изучения в середине 50-х годов нашего столетия. И, ввиду некоторой экзотичности этой области температур, были поставлены специальные эксперименты, имевшие целью выяснить, насколько хорошо выполняются те общие предсказания теории, о части которых мы только что рассказали. Все эти предсказания оказались в прекрасном согласии с экспериментом. [c.78]

Иногда утверждают, что отрицательные абсолютные температуры вводятся из каких-то высших соображений и только для характеристики неких крайне неравновесных состояний. Что температура равновесных состояний всегда положительна, а об отрицательных абсолютных температурах, если и можно говорить, то только в очень условном смысле, как бы вопреки термодинамике, так что лучше этого не делать. [c.94]

Нельзя отрицать возможность существования отрицательных абсолютных температур и исходя из третьего начала термодинамики. Действительно, недостижимость О К температуры приводит лишь к невозможности перехода через него от положительных к отрицательным абсолютным температурам, но не исключает возможности существования отрицательных абсолютных температур (наряду с положительными температурами). [c.137]

Состояния с отрицательными абсолютными температурами не только возможны, но и существуют в действительности. Многочисленные эксперименты по ядерному магнитному резонансу привели в 1951 г. к созданию состояний с отрицательными абсолютными температурами. Условия для существования системы при отрицательных абсолютных температурах, как мы увидим ниже, являются настолько жесткими, чю такие системы редко встречаются в практике, исключая некоторые системы ядерных спинов. [c.137]

Зависимость внутренней энергии системы, способной находиться в состояниях с отрицательной абсолютной температурой, от температуры показана на рис. 24 — граничное значение энергии при Г=оо). [c.140]

Большинство систем не удовлетворяет указанным выше требованиям, вследствие чего системы с отрицательными абсолютными температурами встречаются редко. Система ядерных спинов у некоторых кристаллов удовлетворяет этим условиям . Термодинамическое равновесие в такой системе устанавливается посредством ядерного спин-спинового взаимодействия. Этот спин-спиновой процесс установления термодинамического равновесия характеризуется временем релаксации Т2, которое имеет порядок 10 с. Взаимодействие спиновой системы с решеткой характеризуется временем релаксации Xj, которое составляет многие минуты, т. е. значительно больше I2. В термодинамике спиновых систем взаимодействие с решеткой соответствует утечке теплоты сквозь стенки системы. Значительное различие времен Ti и Т2 приводит к тому, что система спинов по достижении внутреннего термодинамического равновесия еще относительно большое время остается в практической изоляции от решетки. В течение этого времени можно говорить о термодинамически равновесной спиновой системе. [c.140]

Если равновесные состояния с инверсной заселенностью энергетических уровней и, следовательно, с отрицательной абсолютной температурой можно получить только у необычных систем, которыми являются лишь спиновые системы, то стационарные неравновесные состояния с инверсной заселенностью уровней можно непрерывной подкачкой создать и у обычных систем. Это осуществляется в таких усилительных установках, как мазеры. Очень часто, говоря об инверсной заселенности энергетических уровней, употребляют понятие отрицательной абсолютной температуры, однако это лишь условное терминологическое понятие, поскольку инверсная заселенность уровней еще не есть состояние с отрицательной температурой. Необходимо, чтобы система находилась в равновесном состоянии при инверсной заселенности уровней, как это наблюдается в спиновых системах. [c.141]

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]

Термодинамические понятия работа , теплота , количество теплоты , более нагретое тело употребляются при анализе состояний с отрицательной температурой в том же смысле, что и в случае состояний с положительными абсолютными температурами. Это означает, что формулировка первого начала термодинамики для систем с отрицательной абсолютной температурой остается без изменения [c.141]

В гл. 3 мы отмечали, что второе начало термодинамики устанавливает, во-первых, общую закономерность превращения теплоты в работу и, во-вторых, выражает специфические закономерности как обычных, так и необычных систем. Общая закономерность превращения теплоты в работу в обоих случаях систем состоит в том, что при таком превращении в замкнутом круговом процессе часть теплоты непременно отдается рабочим телом другим телам. Этот (первый) элемент компенсации, который в случае обычных систем совпадает со вторым элементом компенсации (изменением термодинамического состояния других тел), приводит к существованию энтропии у равновесной системы (см. 13). Отсюда следует, что второе начало, сформулированное Каратеодори, не изменяется вблизи каждого состояния любой термически однородной системы существуют такие состояния, которые недостижимы из него адиабатным путем. Это означает, что у всякой равновесной системы в состоянии с отрицательной абсолютной температурой (как и в случае обычных систем) существует энтропия как функция ее состояния [c.142]

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]

Аналогично, из соотношений (7.5), представляющих второе начало термодинамики для необычных систем при Г<0 К, можно найти аналитическое выражение этого закона при неравновесных процессах в таких системах. Для этого рассмотрим два близких состояния равновесия 7 и 2 некоторой необычной системы (при отрицательных абсолютных температурах). Пусть при неравновесном переходе из 7 в 2 (см. рис. 9) системе сообщается количество теплоты 6Q p и она совершает работу. Тогда, по первому началу, [c.143]

Основные уравнения и неравенство термодинамики для систем при отрицательных абсолютных температурах имеют вид [c.144]

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]

Рассмотрим теперь некоторые свойства систем в состояниях с отрицательной абсолютной температурой. [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]

Если равновесные состояния с инверсной заселенностью энергетических уровней и, следовательно, с отрицательной абсолютной температурой можно получить только у необычных систем, кото- [c.117]

Понятия обратимый и необратимый процессы определяются Б случае отрицательных абсолютных температур тем, связаны ли обратные им процессы с некомпенсированным превращением работы в теплоту. Так, процесс перехода системы из состояния 1 в состояние 2 называется обратимым, если обратный переход из 2 в 1 не связан с некомпенсированным превращением работы в теплоту [c.119]

Различные формулировки третьего закона термодинамики остаются неизменными при отрицательных абсолютных температурах, если под абсолютным нулем температуры понимать О К, как положительной, так и отрицательной температуры. Температуры + 0К 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 +0К, так как она не может больше отдать энергию. Она не может стать горячее, чем —О К, так как она не может больше поглотить энергию. Принцип недостижимости абсолютного нуля формулируется следующим образом невозможно с помощью любой, как угодно идеализированной процедуры за конечное число операций охладить любую систему + О К или нагреть любую систему до —О К- [c.121]

Современная термодинамика не является застывшей наукой. С одной стороны, ширятся объекты исследования, где могут быть применены термодинамические методы исследования области высоких и низких температур, области очень малых и больших давлений. С другой стороны, новые открытия рождают и новые области применения термодинамики термодинамика термоядерных реакций, термодинамика плазмы, релятивистская термодинамика, термодинамика отрицательных абсолютных температур и т. д. И, наконец, не остаются неизменными и сами методы термодинамического исследования эксергетический метод, методы термодинамики необратимых процессов и др. [c.228]

Статистическое толкование состояний с отрицательными абсолютными температурами. [c.92]

Статистическое рассмотрение приводит и достаточно наглядному представлению состояний с отрицательными абсолютными температурами. [c.92]

Из рассмотренного случая вытекает следующий общий вывод относительно состояний с отрицательными абсолютными температурами. [c.92]

Состояния с отрицательной абсолютной температурой могут наблюдаться только в таких системах, в которых внутренняя энергия и не может принимать значений, больших некоторой конечной величины (Уд и меньших некоторой конечной величины (Уд, т. е. ограничена значениями Уд и У/д. Упомянутое выше состояние ядерных спинов некоторых парамагнитных тел во внешнем магнитном поле, когда спины в основном ориентированы против магнитного поля, представляет собой неравновесное в целом (но метастабильное или квазиравновесное по отношению к достаточно малому промежутку времени) состояние с отрицательной абсолютной температурой, а с ориентацией по полю — равновесное состояние с положительной абсолютной температурой. [c.92]

Выражения (4.5) —(4.7) показьшают, что абсолютная температура обычных тел всегда положительна. Но это не есть универсальный закон природы. Положительность абсолютной температуры обычных тел связана с их конкретными свойстгами, которые приводят к тому, что их энтропия оказьтается растущей функцией внутренней энергии. Так бывает не всегда, и в природе существуют такие макроскопические объекты, абсолютная температура которых может принимать отрицательные значения. Примером таких объектов могут служить спиновые системы, некоторые сведения о которых приведены в дополнении. Здесь мы не будем останавливаться на изучении их свойств, а сделаем только несколько общих замечаний, которые позволят понять, как вьп лядит температурная шкала в том случае, когда система может находиться в состояниях с отрицательными абсолютными температурами. [c.77]

Равновесная система с отрицательной абсолютной температурой была впервые осуществлена в 1951 г. Перселлом и Паундом в результате экспериментов по изучению свойств системы ядерных спинов в очень чистых кристаллах фтористого лития LiF. У этих кристаллов время Xi спин-решеточной релаксации при комнатной температуре порядка 5 мин, а время Т2 спин-спиновой релаксации приблизительно равно периоду ларморовской прецессии ядерного магнитного момента во внешнем магнитном поле, значение которого меньше 10 с. [c.140]

В настоящее время приведение спиновой системы в состояние с отрицательной абсолютной температурой достигается с помощью 180-градусного высокочастотного импульса, который, действуя на образец в течение промежутка времени At, сравнимого с Х2, поворачивает макроскопический магнитный момент на 180°. Таким образом, процесс перехода системы от положительных термодинамических температур к отрицательным является принципиально неравновесным, так как изменение внешнего параметра (напряженности поля), приводящее к такому переходу, происходит за время, сравнимое с временем релаксации Тз- Очевидно, что для необычных систем возможны случаи, когда состояния, достижимые из данного состояния нестатически, недостижимы из него квазистатически. [c.141]

Большинство систем не удовлетЬоряет указанным выше требованиям, вследствие чего системы с отрицательными абсолютными температурами встречаются редко. Система ядерных спинов у некоторых кристаллов удовлетворяет этим условиям. Термодинамическое равновесие в такой системе устанавливается посредством ядерного спин-спинового взаимодействия. Этот спин-спиновой процесс установления термодинамического равновесия характеризуется временем релаксации тг, которое имеет порядок 10- с. Взаимо- [c.116]

Состояния с отрицательными абсолютными температурами были впервые обнаружены в опытах с кристаллами фтористого лития. Если рассматривать систему ядерных спинов этого кристалла, то при наложении магнитного поля больщинство спинов ориентируется по полю, а незначительное число их из-за взаимодействия друг с другом — против поля. При быстром изменении направления магнитного поля не все спины успевают переориентироваться, и поэтому в течение некоторого (вообще очень малого) промежутка времени больщинство спинов оказываются ориентированными против магнитного поля, т. е. распределены по энергетическим уровням так, что на уровне с большей энергией число спинов больше, чем на более низком энергетическом уровне. [c.92]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...