Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смородинский Я.А. -> "Температура" -> 27

Температура - Смородинский Я.А.

Смородинский Я.А. Температура — Температура, 1981. — 160 c.
Скачать (прямая ссылка): temperatura1981.djvu
Предыдущая << 1 .. 21 22 23 24 25 26 < 27 > 28 29 30 31 32 33 .. 58 >> Следующая

Электрон можно сравнить (хотя это сравнение не совсем точно) с
вращающимся волчком. Более правильно говорить, что электрон, как и
вращающийся волчок, имеет угловой момент, называемый спином, и не входить
в подробности о его вращении. Со спином электрона связан и магнитный
момент - электрон ведет себя в магнитном поле, как магнит.
Если электрон находится в постоянном магнитном поле, то, согласно
правилам квантовой механики, его спин может быть направлен либо по полю -
тогда проекция спина на направление поля равна -f либо же против поля и
его проекция равна -1[2fi (Н - постоянная Планка).
74
Магнитный момент у электрона направлен против спина, и он может иметь
поэтому, так же как и спин, две проекции на направление магнитного поля:
-р0> если спин направлен по полю (р0 > 0), и + р0, если спин направлен
против поля. Величина р0 называется магнетоном Бора и равна
ей
- 2 тс
Если величина магнитного поля равна Я, то потенциальная энергия электрона
в этом поле равна либо ц0Н, когда спин направлен по полю, либо -р0Я,
когда спин направлен против поля. Все эти рассуждения сводятся к тому,
что в магнитном поле электрон может находиться в одном из двух состояний,
а энергия этих состояний равна ± ц0Н. При этом мы считаем, что электрон
не имеет поступательной скорости - пусть, например, он связан в атоме.
На такой простой модели можно без особого труда проиллюстрировать многие
свойства, связанные с теплом.
Рассмотрим систему, состоящую из большого числа электронов, закрепленных
в разных точках пространства, - например, пусть это будет много атомов,
каждый из которых содержит электроны. Энергия такой системы в магнитном
поле определяется тем, сколько электронов имеют спин, направленный по
полю, и сколько - против поля.
Если мы условно изобразим два возможных положения спина электрона двумя
горизонтальными линиями, написав около них значение энергии (рис. 16), то
схему
Спин по полю * еН "
--------------------
Спин лоопгид поля ± еН __ "
----------------------
Рис. 16. Энергия электрона в магнитном поле.
распределения спинов электронов можно будет изображать кружочками-
электронами, нарисованными на этих линиях (мы, конечно, будем рисовать
лишь несколько кружочков).
75
Систему электронов с магнитными моментами можно сравнить с идеальным
газом. Роль скоростей атомов, вернее - их кинетической энергии здесь
играет энергия электрона в магнитном поле. Но кинетическая энергия может
принимать любое положительное значение, а энергия в магнитном поле -
только два значения.
Замечательно, что это обстоятельство не изменяет основного закона
статистики: в тепловом равновесии вероятность найти частицу в состоянии с
энергией в
пропорциональна экспоненте е кТ .
Как и в газе, при этом необходимо, чтобы тепловое равновесие атомов между
собой могло реально достигаться. Для этого нужно, чтобы атомы идеального
газа сталкивались, а магнитные моменты взаимодействовали бы как-то друг с
другом. При этом условии закон статистики будет выполняться независимо от
того, какой конкретно механизм приводит систему в состояние теплового
равновесия.
В этом смысле наш рисунок с электронами, "расставленными" на двух
уровнях, иллюстрирует лишь состояние равновесия и никак не отражает того,
как это равновесие было достигнуто.
Из всего, что было рассказано, можно заключить,
что в тепловом равновесии число электронов п
имеющих энергию -р0Д, будет больше, чем число элею
Отношение этих двух чисел (их называют населенностями уровней)
определяется отношением экспонент:
Эта простая формула замечательна тем, что она справедлива для систем из
очень большого числа частиц и почти не зависит от того, как система
устроена, - надо только, чтобы у системы были состояния с определенной
энергией и чтобы существовал какой-либо путь к тепловому равновесию.
Тогда ее конечное равновесное состояние будет определяться одним
параметром Т - ее абсолютной температурой. Такое свойство систем было
доказано американским физиком Гиббсом в самом начале XX века.
е
76
Физики раньше даже не подозревали, что существуют системы, которые имеют
лишь конечное число возможных состояний. Поэтому они не могли представить
того огромного количества красивых эффектов, которые связаны с такими
простыми системами.
(А) * I 1
МАГНИТНЫЕ СТРЕЛКИ
Пусть вместо электронов с магнитными моментами у нас есть много стрелок
от компаса, укрепленных в беспорядке на иголках (рис. 17). Так как
магнитным стрелкам положено смотреть на север, то они вначале будут
колебаться с равной амплитудой около направления юг - север. Если бы
трение в опоре отсутствовало и если бы стрелки не притягивались друг к
другу, то такие их колебания продолжались бы сколь угодно долго. В
действительности, конечно, колебания прекратятся, kJf так как их энергия
истратится на работу против сил трения в опоре, и все стрелки покажут на
север.
Кроме того, магнитные стрелки действуют друг на друга, их движения
"сцеплены"-они могут передавать друг другу часть своей
Предыдущая << 1 .. 21 22 23 24 25 26 < 27 > 28 29 30 31 32 33 .. 58 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed