Термодинамика - Базаров И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Подобно этому, соотношения (10.28'") возникают потому, Что, в то время как F(T, D) определяет изменевие свободной энергии диэлектрика (или изменение свободной энергии поля в диэлектрике) за счеі положительной работы внешних источников, перемещающих заряды в поле, выражение F' (T, E) определяет изменение свободной энергии диэлектрика (или изменение свободной энергии ноля в диэлектрике) при создании поля В диэлектрике с учетом работы против внешних ИС1 очников.
Приведенная аналогия между BeU и 5,?/, с одной стороны, в F(T, D) и F'(T, Е)—с другой, позволяет уяснить, какой постановке задачи соответствует выбор независимой переменной D и какой—выбор независимой переменной Е.
Магимтострикция, электрострикцня и пьезо эффект. Выражения (10.22) и (10.23) для дифференциалов термодинамических потенциалов диэлектриков (и аналогичные для магнетиков) позволяют установить ряд соотношений между различными их свойствами.
Так, из выражения для энергии Гиббса единицы объема магне гика
Здесь (дУ1дН)РъТ—изменение объема магнетика, вызванное магнитным полем и называемое объемной магнитострикцией\ (дЛдр)г.н -изменение намагничивания с изменением давления, при наличии внешнего маїнтного поля (H^O) называемое магнитоупругим эффектом, а при отсутствии внешнего магнитного поля (//—0)—пъезомагнитным эффектом. Соотношение (10.29) связывает объемную магнитострикцию с этими эффектами.
Аналогично, для диэлектриков из выражения
находим связь электрострикции (дУ/дЕ)г р с пьезоэлектрическим эффектом (5Р/6р)т, е = о> т. е.
dG= -SdT-I- У dp —JdH
находим
(10.29)
dG=-SdT+ Vdp-PdE
193
(10.30)
Формула (10.30), как и (10.29), также относится к объемному пьезоэффекту, хотя обычно пьезоэлектрические явления наблюдаются в кристаллах в определенных кристаллографических направлениях*'. Пластинка, вырезанная из пьезоэлектрического кристалла и снабженная двумя электродами, под действием внешнего электрического поля испытывает деформацию, что вызывает в ней упругие колебания. И наоборот, механически возбужденная деформация вызывает на электродах пластинки электрические заряды.
Пьезоэлектрические кристаллы находят широкое применение в радиотехнике, электро- и ультраакустике и во многих других областях науки и техники, связанных с преобразованием периодических электрических процессов в механические и наоборот.
Магнитное н ядерное охлаждения. Охлаждение тела можеі быть получено не только при адиабатном расширении, но и при всякой другой адиабатной работе системы.
Так в настоящее время в одном из основных методов получения сверхнизких температур (Т< 1 К) используется адиабатное размагничивание большой группы парамагнитных солей (железоалюминиевые квасцы).
Явление изменения температуры при адиабатном размаї ничиванин называется магнитокалорическим эффектом. Количественную величину (ВТ1сН)$ этого эффекта можно найти из выражения дифференциала энтальпии / магнетика, помещенного в магнитное поле Я:
Эту величину непосредственно получают и из выражения для изменения температуры при обратимом адиабатном расширении (10.12):
/гт\ _ T{?vjdT)p \вР)Г се '
заменив в нем р-*—Н и V-* J (в соответствии с тем, что рабоїа расширения б W=pd V, а работа намагничивания SW=-HdJ). Таким образом,
где С а — теплоемкость при постоянной напряженности магнитного поля.
*' В отличие от распространенности пьезоэлектрического эффекта (электрическая поляризация тел при их деформировании беэ внешнего электрического поля) пьезомагнитный эффект существует лишь как весьма редкое явление у некоторых актиферромагнегиков и отсутствует у всех других магнетиков (хотя магнитоупругим эффекюм обладают все магнетики).
H=TdS+ Vdp-JdH.
194 Для парамагнетиков J=v.H. Магнитная восприимчивость идеальных парамагнитных веществ, по закону Кюри, обратно пропорциональна температуре:
Оicfoда видно, чю при размагничивании (<Ш<0) температура понижается (сГГсО). При низкой температуре, по закону Дебая, теплоемкость пропорциональна кубу темпера і уры:
Следовательно, при низкой температуре изменение температуры может быть велико: обратно пропорционально четвертой степени температуры. Однако в соответсівии с ірстьим началом іермоди-намики при температуре, близкой с О К, х перестает зависеть от температуры и магнитокалорический эффект исчезает. Предельно низкие темпера і уры, которые можно получить методом адиабатного размагничивания парамагнитных солей, определяются силами взаимодействия между элекфонными спинами (диполь-дипольного, обменного и т. д.). Как только температура тела будет настолько понижена, что под действием сил взаимодействия возникнет упорядочение в расположении элементарных магиетиков, метод адиабатного размагничивания перестанет действовать. В настоящее время получена предельно низкая для этого метода іемиература 0,001 K' Вообще, чем более низкую температуру надо получить, тем более слабые взаимодействия необходимо использовать в рабочем вешесіве. Поэтому другой путь в приближении к 0 К лежит через использование ядерного магнетизма. В этом случае силы взаимодействия будут проявляться лишь При 10'5 К. Этим меюдом удается получить спиновые температуры порядка 10~6К*'.
