氦的液化和超导电性的发现

 十九世纪后半叶,在研究气体的性质随压强和温度变化的关系上,荷兰物理学家作出了重要贡献.1873年、苑德瓦尔斯(Van der Waals)在他的博士论文《气态和液态的连续性》中,提出了包括气态和液态的“物态方程”,即范德瓦尔斯方程.1880年、范德瓦尔斯又提出了“对应态定律”,进一步得到物态方程的普遍形式.在他的理论指导下,英国人杜瓦(J.Dewar)于1898年实现了氢的液化。他所在的荷兰莱顿大学发展了低温实验技术,建立了低温研究所.这个研究所的创始人就是著名低温物理学家昂纳斯(K.Onnes,1853-1926).     

二维材料及其异质结的声子物理研究

声子是固体最重要的元激发之一,是理解材料摩尔热容、德拜温度以及热膨胀系数等热力学性质的基础,同时电声子相互作用也决定了固体的电导和超导等特性。拉曼光谱是表征固体声子物理的重要实验手段,不仅能表征材料的结构和质量,还能提供材料声子性质、电子能带结构、电声耦合等信息。文章将拉曼光谱应用于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的声子物理研究。先简单介绍二维材料的层间振动声子模式和层内振动声子模式,其中层间振动声子模式的频率可用线性链模型来计算,而强度则可用层间键极化率模型来解释;同类层内振动声子模式的Davydov劈裂峰之间的频率差异可用范德瓦尔斯模型拟合。随后,将这些模型推广到二维范德瓦尔斯异质结中,以转角多层石墨烯、MoS_2/石墨烯和hBN/WS_2为例介绍了范德瓦尔斯异质结的声子谱,阐述如何应用线性链模型和经典键极化率模型计算层间振动模的频率和强度,并由此给出二维范德瓦尔斯异质结的界面耦合强度和各层间呼吸模的电声耦合强度等重要参数。     

用赝角动量方法求解同调谐振子

采用赝角动量的方法研究了同调谐振子(带有附加有心势垒项的谐振子)的定态薛定谔方程的严格解.详细讨论了有心势垒项的参量对于形成体系束缚定态的有效取值区域,及该参量的不同取值区域对能谱的影响.给出了能谱的确切的全面表述和对应本征态的解析表达式.对于不同文献作者的不同处理予以分析和澄清 关键词： 同调谐振子 类角动量方法 广义湮没算符 广义产生算符 本征值谱 本征态     

热力学第一定律的一堂习题课

热力学第一定律是普通物理热学的教学重点之一。但是,许多学生认为热力学第一定律很简单、很容易学,因而不去深刻地钻研基本理论,也不去认真分析热力学过程的特点。本文介绍了一节效果较好的习题课。 例题:有0.2摩尔刚性双原子分子理想气体,今将它进行如图1所示的循环过程:先由 a(Pa, Va)态经半圆弧过程到达b(pb,Vb)态,然后经等压压缩过程回到a态。已知pa=2(大气压),Va=2升,Vb=6升,求此循环的效率。 我先要全班学生求解。经检查发现大多数同学是这样做的: 此外,还有少数学生没有动笔,其中也有人认为循环过程中不只是b—a过程放热,而且还想…     

平移压缩Fock态下介观电容耦合电路的量子涨落

从经典电容耦合电路的运动方程出发,研究了在平移压缩Fock态下介观电容耦合电路中每个回路的电荷和电流的量子涨落.结果表明,每个回路中电荷、电流的量子涨落只依赖于两个回路的器件参数和压缩参量,而与平移参量无关. 关键词： 介观电路 电容耦合 平移压缩Fock态 量子涨落     

热力学第二定律的新表述

 在热力学中,热力学第二定律处于核心地位,是热力学的重要理论基础.这个定律有很多系统的表述,其中最常用的形式是开尔文表述和克劳修斯表述,作为状态函数的熵就是根据这一定律确定出来的.引入熵概念以后,可以得出热力学第二定律的数学表示dS≥δQ/T和熵增加原理△S≥0.本文给出了热力学第二定律的一种新的表述,由它可以很容易得到绝对熵和温度的定义,以及dS≥δQ/T和△S≥0.     

静态球对称黑洞热力学与爱因斯坦场方程

建立在广义相对论基础上的黑洞理论与热力学定律之间有着深刻的内在联系.具体考虑球对称黑洞,研究表明通过史瓦西黑洞和Reissner-Nordstrom黑洞在其视界附近的爱因斯坦场方程可以直接得到对应的黑洞热力学第一定律.这揭示了爱因斯坦引力场方程与黑洞热力学的关系,表明了在广义相对论理论框架下黑洞热力学规律的必然性.     

平移压缩Fock态下无耗散介观电感耦合电路的量子效应

研究了在平移压缩Fock态下介观电感耦合电路中电荷和电流的量子涨落.结果表明:每个回路中电荷、电流的量子涨落只依赖于两回路的器件参量和压缩参量,而与平移参量无关.     

如何让学生深刻理解熵的概念

 熵的概念,是热力学和统计物理学中非常重要而又较难理解的.克劳修斯(ClaUSiUS.R.J.E,1822-1888德国物理学家)于1850年提出热力学第二定律,1865年提出熵的概念,并将热力学第二定律表述为“宇宙的能量是不变的,而它的熵则总在增加.”现在,熵这个概念已经远远超出了热力学、统计物理学范畴,直接扩展到信息论、控制论、概率论、数论、天体物理、宇宙论、科学管理以及生命系统等各个不同领域.因此,如何在教学中让学生深入理解熵的概念,是一个重要的课题.     

30CrMnSiNi2A晶格参量的测量及回复规律研究

针对X射线衍射领域中晶面衍射峰重叠问题,提出一种新的重叠峰分离方法.采用RU-200V转靶衍射仪对30CrMnSiNi2A晶格参量及其回复规律进行研究,得出不同回火温度下晶格参量与碳含量的变化关系.研究结果发现:由于碳的过饱和度不同以及合金元素的影响,30CrMnSiNi2A与高碳马氏体晶格参量的变化规律虽基本符合,但其变化速率存在差异.在不同回火温度下晶格参量a基本与碳含量无关,随着回火温度升高,a值略有下降.晶格参量c则随碳含量的变化幅度较大,从淬火态到180℃回火态出现一个陡降过程,随着回火温度升高,其变化幅度又趋于平缓.     

范德瓦耳斯和他的状态方程

在物理学发展史上，范德瓦耳斯对气—液流体系统做了开创性的研究工作，建立了人类历史上第一个既能反映气、液各相性质，又能描述相交和临界现象的状态方程。范德瓦耳斯的理论成就和研究方法对热力学、统计力学和低温物理学的发展产生了重要而深远的影响。文章系统探讨了范德瓦耳斯方程产生的历史背景、科学意义和局限性，讨论了范德瓦耳斯的理论和方法对当代物理学的启发意义。     

A mechanical approach to one-dimensional interacting gas

Derivations of the van der Waals equation typically use standard recipes involving ensemble averages of statistical mechanics. In this work, we study a box of weakly interacting gas particles in one-dimension by explicitly incorporating the mechanical point of view. This has the merit that it not only reproduces the van der Waals equation but also tells us some extra interesting physics not immediately clear from a pure statistical mechanical approach. For example, we show that the traditional handwaving argument leading to van der Waals equation requires closer scrutiny if it is to get things right.     

A study on the correlations of supercritical temperature of fluid alkali metals based on the generalised van der Waals equation of state

The supercritical temperature, the inversion temperature and the critical compressibility factor of caesium, rubidium and potassium are correlated through the generalised van der Waals equation of state. This three-parameter equation differs from the known van der Waals equation of state by the introduction of a third parameter in the expression for molecular pressure. For caesium, rubidium and potassium, the ratios of the supercritical temperature to the inversion temperature are estimated. The results of estimation are in agreement with the results from other equations which are based on experimental data. It has been established that caesium, rubidium and potassium obey the single-parameter law of corresponding states with the ratio of the supercritical temperature to the inversion temperature as the thermodynamic similarity parameter.     

范德瓦耳斯气液状态方程纵横谈

首先强调了范氏方程是气液系统的状态方程,范氏方程可以很好地说明物质气态和液态的相互转变．分析了焦-汤效应,简述了气体的液化与低温的获得．     

A Hamilton-Jacobi formalism for thermodynamics

We show that classical thermodynamics has a formulation in terms of Hamilton-Jacobi theory, analogous to mechanics. Even though the thermodynamic variables come in conjugate pairs such as pressure/volume or temperature/entropy, the phase space is odd-dimensional. For a system with n thermodynamic degrees of freedom it is 2n+1-dimensional. The equations of state of a substance pick out an n-dimensional submanifold. A family of substances whose equations of state depend on n parameters define a hypersurface of co-dimension one. This can be described by the vanishing of a function which plays the role of a Hamiltonian. The ordinary differential equations (characteristic equations) defined by this function describe a dynamical system on the hypersurface. Its orbits can be used to reconstruct the equations of state. The ‘time’ variable associated to this dynamics is related to, but is not identical to, entropy. After developing this formalism on well-grounded systems such as the van der Waals gases and the Curie-Weiss magnets, we derive a Hamilton-Jacobi equation for black hole thermodynamics in General Relativity. The cosmological constant appears as a constant of integration in this picture.     

热力耦合作用下双层碳纳米管的扭转屈曲

考虑碳纳米管周边弹性介质和层间范德瓦耳斯力的作用,利用连续介质力学的壳体理论,建立了热力耦合作用下碳纳米管屈曲问题的控制方程,给出了相应的临界屈曲扭矩的解析解.数值模拟结果表明,在低温和室温环境下,碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而提高;在高温环境下,碳纳米管的临界屈曲载荷随着温度变化量的增加而降低. 关键词： 碳纳米管 屈曲 热力耦合     

A self-consistent approach for modelling the interfacial properties and phase diagrams of Yukawa,Lennard-Jones and square-well fluids

A self-consistent density-functional approach is presented for describing the phase behaviour and interfacial tensions of van der Waals fluids represented by the hard-core Yukawa (HCY), Lennard-Jones (LJ) and square-well (SW) potentials. The excess Helmholtz energy functional is formulated in terms of a modified fundamental measure theory (MFMT) for the short-ranged repulsion and a density-gradient expansion for the van der Waals attractions. Analytical expressions for the direct correlation functions of uniform fluids are utilized to take into account the effect of van der Waals’ attraction on intermolecular correlations. For bulk phases, the density functional theory is reduced to an equation of state (EOS) that provides accurate saturation pressures and vapour–liquid phase diagrams. Near the critical region, the long-range fluctuations can be corrected by using the renormalization group (RG) theory. With the same set of molecular parameters, the theory also yields satisfactory surface tensions and interfacial density profiles at all relevant temperatures.