Термодинамика систем с отрицательными температурами

ТЕРМОДИНАМИКА СИСТЕМ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ТЕМПЕРАТУРАМИ [c.141]

Термодинамика систем с отрицательными температурами изложена в гл. 7. Из этой главы можно заключить, что все вышеприведенные утверждения о системах с отрицательными температурами ошибочны. Спиновые состояния с отрицательными температурами — это равновесные состояния, и поэтому к ним применимо термодинамическое понятие температуры. Состояния эти являются устойчивыми, но в отличие от обычных систем их устойчивость характеризуется не минимумом внутренней энергии и энергии Гиббса, а максимумом этих функций (см. 34). Что касается того, что системы с отрицательной температурой остынут при контакте с телами, имеюш ими положительную температуру, то тело с /=10 С тоже остынет при контакте с термостатом, имеющим температуру / = 5° С, однако это не означает, что первоначальное состояние тела было неравновесным и неустойчивым. Теплый воздух в закрытой комнате зимой тоже остынет через характерное время теплопередачи через стены, хотя состояние воздуха все время равновесно и устойчиво. Состояния с отрицательной температурой нельзя представлять себе как состояния водного раствора соли в стакане в первые секунды после его переворачивания вверх дном, когда плотность раствора вверху больше, чем внизу, и система имеет избыток механической энергии, переходящей со временем в энергию теплового движения. При отрицательной температуре (см. 33) в системе могут быть проведены различные обратимые процессы, чего принципиально нельзя было бы сделать при неравновесном состоянии системы. [c.174]

Термодинамика систем с отрицательными температурами [c.118]

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]

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]

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]

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]

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]

Среди неравновесных состояний тел могут быть состояния с отрицательной абсолютной температурой. Поскольку системы с отрицательными абсолютными температурами являются всегда неравновесными, рассмотрение этих систем целесообразно проводить в рамках термодинамики неравновесных процессов. [c.639]

Понятие Т. применяют также для характеристики неравновесных систем (см. Термодинамика неравновесных процессов) путём введения Т., зависящей от координат и времени. В квантовой статистике используют обобщённое понятие Т. Нек-рые квантовые системы могут находиться в возбуждённых состояниях, к-рые формально характеризуются как состояния с отрицат. абс. Т. (см. Отрицательная температура). Это не противоречит термодинамике, т. к. последняя строго определяет Т. лишь равновесных состояний. Состояния же с отриц. абс. Т., рассматриваемые в статистич. физике, термодинамически неравновесны. [c.62]

Если мы можем изолировать такую спиновую систему от решетки, что очень легко выполнить для случая ядерной спиновой системы, то можно создать такие условия, которые, согласно Паунду, Парселлу и Рамзаю [4], могут быть описаны путем введения понятия отрицательных температур . Предположим для простоты, что система имеет всего два энергетических уровня. При абсолютном нуле заполнен только нижний уровень. При повышении температуры верхний уровень все более заполняется, и тот момент, когда оба уровня заполнены одинаково, соответствует бесконечной температуре. Если теперь ввести в систему некоторое количество энергии, то это приведет к тому, что верхний уровень окажется более заполненным за счет нижнего такое условие будет соответствовать отрицательной температуре. Следует отметить, что мы не имеем дело с замороженными системами, к которым термодинамика неприменима такие системы находятся в состоянии внутреннего термодинами- [c.286]

С математической точки зрения наиболее простая схема описания самоорганизующейся системы представляется известной схемой Лоренца [7]. Она представляет три дифференциальных уравнения, выражающие скорости Г], к, S изменения величин rj, h, 5 через их значения. Характерная особенность этих выражений состоит в том, что все они содержат диссипативные слагаемые, величины которых обратно пропорциональны соответствующим временам релаксации r,j,Ti Ts. Обычно при исследовании термодинамики фазового перехода принимается адиабатическое приближение г/,, < г,,, означающее, что в ходе своей эволюции сопряженное поле h t) и управляющий параметр 5(i) изменяются настолько быстро, что успевают следовать за медленным изменением параметра порядка ri(t) [1]. При этом эволюция системы описывается уравнением Ландау—Халатникова, в котором роль свободной энергии играет синергетический потенциал. В результате синергетический подход сводится к феноменологической схеме фазового перехода. Отличие состоит в том, что в синергетических системах процесс самоорганизации происходит в области больших значений управляющего параметра 5, а в термодинамических — в низкотемпературной. Таким образом, величина S не сводится к температуре. Кроме того, если для термодинамических систем температура среды совпадает с ее значением для термостата, то для синергетических отрицательная обратная связь между параметром [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...