Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смородинский Я.А. -> "Температура" -> 28

Температура - Смородинский Я.А.

Смородинский Я.А. Температура — Температура, 1981. — 160 c.
Скачать (прямая ссылка): temperatura1981.djvu
Предыдущая << 1 .. 22 23 24 25 26 27 < 28 > 29 30 31 32 33 34 .. 58 >> Следующая

энергии. Нетрудно увидеть в этом Рнс> 17- Система маг-" v J
нитных стрелок,
поведении стрелок модель установления равновесия в системе спинов.
Опоры стрелок играют роль холодильника, которому стрелки передают свою
кинетическую энергию. Остановившиеся стрелки похожи на систему спинов при
температуре Т = 0. Температура "нуль" появилась из-за того, что энергия
всегда передается от стрелок к опорам и равновесие может установиться
лишь тогда, когда будет передана вся энергия.
Если рассмотреть систему магнитных стрелок более внимательно, то мы
выяснили бы, что стрелки не останавливаются окончательно, а под влиянием
ударов молекул воздуха и малых колебаний самих опор на самом деле
колеблются с очень малой амплитудой, так что их энергия не опускается до
нуля, а остается равной (в среднем) кТ. Такое движение называется
броуновским. Его теоретическое обоснование было дано Эйнштейном в 1905 г.
77
Модель электронов в магнитном поле (или магнитных стрелок) полезна для
понимания того, что же такое абсолютный нуль температуры.
При любой температуре два возможных направления спина будут встречаться с
разной вероятностью. При очень низких температурах почти все электроны
будут находиться на нижнем уровне - их спины будут смотреть против поля.
Верхний уровень будет почти пустым - не "заселенным". Чем выше
температура,
Рис. 18. Равные вероятности заселения уровней (Т = оо).
тем больше "заселяется" верхний уровень, и, например, при очень высоких
температурах (kT е) обе проекции спина будут иметь почти равную
вероятность (рис. 18).
Если температура понижается, то все большая доля электронов будет иметь
спины, направленные против поля. Если Т = 0, то против поля окажутся
направлен-
иях уровней любой квантовой системы есть один уровень, который обладает
наинизшей энергией. В рассмотренном нами примере такое состояние есть
состояние, при котором спины всех электронов направлены против поля. При
абсолютном нуле система находится в основном состоянии, и поэтому она не
может отдавать энергию никакой другой системе просто потому, что у нее
нет более низких уровней, на которые она могла бы перейти, потеряв
энергию.
Мы говорили, что не очень ясное представление об абсолютном нуле,
связанное с законом Гей-Люссака, существовало давно. Но даже в начале
века понятие
+Яб)#
ными спины всех электронов (рис. 19).
7=0
Рис. 19. Все электроны на нижнем уровне (Т = 0).
Такое состояние системы отвечает абсолютному нулю температуры.
В квантовой теории понятие абсолютного нуля приобретает очень четкий
смысл. Среди энергетичес-
78
абсолютного нуля еще казалось не вполне ясным. В "Детской энциклопедии",
изданной в 1914 г., писали: "Итак, если при охлаждении газ сжимается, то,
следовательно, объем его уменьшается. Является вопрос: не будет ли
возможным исчезновение его, когда мы доведем газ до состояния абсолютного
холода?" Такие высказывания звучат сейчас наивно. Все же удивительно, как
много было заключено в простой дроби 1/2й#, появившейся в эмпирической
формуле Гей-Люссака.
НЕДОСТИЖИМОСТЬ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ
Всем хорошо известно утверждение, что нельзя понизить температуру тела до
абсолютного нуля, хотя и можно приблизиться к нему сколь угодно близко.
Это утверждение напоминает известный парадокс об Ахиллесе и черепахе (его
называют апорией Зенона). Парадокс состоит в следующем. Ахиллес, который
бегает в 10 раз быстрее черепахи, должен ее догнать. Когда Ахиллес
пробежит весь путь, который отделял его вначале от черепахи, черепаха
сместится на V10 пути. Ахиллес, конечно, быстро преодолеет и этот путь,
но черепаха уйдет еще на 1/100 Сколько бы раз Ахиллес ни приближался к
черепахе, она неизменно уходила бы вперед. Конечно, при другом подходе к
задаче все станет на свое место. Сумма 1 1/10 +
равна 1V9, и в парадоксе нет ничего большего, чем в утверждении, что
бесконечная десятичная дробь 1,11... имеет конечное значение.
Для Зенона парадокс состоял в том, что Ахиллес должен пройти бесконечное
число отрезков в конечное время *).
Не будем спорить с Зеноном, а немного изменим его задачу. Допустим, что
черепаха, которая была очень педантична, попросила Ахиллеса после каждого
этапа (каждого члена в бесконечном ряду) делать какую-либо отметку или
просто считать вслух этапы. Поскольку таких отметок должно быть сделано
бесконечно много, то и время поединка сразу же становится бесконечным.
Как бы быстро Ахиллес ни отмечал этапы, бесконечное число отметок он
сделать не может. Так невинное
*) Зенон не сомневался в том, что Ахиллес догонит черепаху, но делал
вывод, что отрезок не может состоять из бесконечного числа частей.
79
бюрократическое усовершенствование сделало простую задачу невыполнимой. В
таком виде задача Ахиллеса становится похожей на задачу об абсолютном
нуле.
Для того чтобы охладить тело до абсолютного нуля, необходимо отобрать у
него конечное количество тепла. Это количество тепла легко вычислить,
если известно, как зависит теплоемкость тела от температуры. Но можно ли
Предыдущая << 1 .. 22 23 24 25 26 27 < 28 > 29 30 31 32 33 34 .. 58 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed