负绝对温度的热力学及其重要性质

一、引言通常我们认为物体的温度是对物体冷热程度的描述。在热力学里,一个热力学系统的绝对温度T可以用系统内能U或系统焓I对系统熵S的导数来规定: 这里x和y是一对外延量和内合量。对于一般热力学系统,通常系统的内能和焓都是熵的不减函数,也就是说,内能或焓随熵的增加而单调地增加。这样从(1)式就得出结论,系统的温度     

负绝对温度系统的热力学性质

负绝对温度首先由Purcell和Pound等人在LiF晶体核自旋实验中实现。后经Ramsey从理论上进行了系统的研究和整理,形成了完整的理论。这里将其主要热力学性质作一简单介绍。 一、负绝对温度系统的热学性质 热力学系统的绝对温度可表示为其中U和S分别是系统的内能和熵。V为体积。 一般的热力学系统,如一摩尔理想气体或一摩尔晶体,具有无穷多能级。随着内能的增加(温度升高),分布在高能级上的原子或分子也随着增加,由此引起了原子能级范围的增大,无序性增大,从而系统的熵增大。即当dU>0时,一般有dS>0。因此由 (1)式给出的绝对温度是正的。 如…     

负绝对温度问题的统计讨论

一、引言 目前许多热统教材中均介绍了负绝对温度问题,自从1951年珀塞尔和庞德首次在实验上发现负温状态后,负温问题即成为统计物理中的一个重要课题. [1]以自旋为1/2的理想系统为例,对负温问题作了较为详尽的介绍,对于热统教学参考很有补益,而本文的目的,是想在[1]的基础上对负温问题作一些补充讨论. 由热力学基本方程出发,可得到温度的一个定义式 其中｛xi｝为热力学广义坐标的集合。显然,(1)式并没有限定T的正负号,若一个热力学系统处于某一状态时,其熵S随内能U的增大而减小,则此时系统处于负绝对温度状态.二、负温系统的统计讨论 这里…     

P-V图的妙用

热力学第一定律是包括热量在内的能量守恒和转化定律。它指出:外界传递给系统的热量Q,一部分使系统的内能E增加,一部分用于系统对外做功A.其公式为 Q=△E A(其中 △E=E末-E初)符号规定:系统吸热,Q为正,放热为负,系统内能增加,△E为正,减少为负;系统对外做功,A为正,外界对系统做功,A为负.[1] 热力学第一定律是热力学的基本定律之一,应用十分广泛.但在应用该定律公式时,不少学生往往对热量、功以及内能变化三个量的符号混淆不清,运算经常发生错误.怎样才能使学生克服符号的差错呢?我觉得,只要在5!导学生掌握热力学第一定律的物理实质的…     

负的绝对温度

一般热力学系统的绝对温度总是正的。但是如果系统的能量具有上限的话,那么,它就有可能处于负的绝对温度的状态。在最近十年以来,人们谈到关于负的绝对温度的问题,已屡见不鲜。在实验上,也已发现了如何获得负的绝对温度的各种方法。而且,目前已利用处于负的绝对温度的系统发明了量子振荡器和放大器,为无线电技术开辟了一个崭新的境界。     

负温状态的稳定性

自五十年代初,E. M. Purcell, K. V Pound及N.F.Pamsey等人用实验的方法征实了负绝对温度的存在以来[1-3],负温状态已成为热力学及统计物理学研究的一个新领域.1956年N.F.Ramsey曾对负温系统的热力学及统计物理的内容作了较系统的概述[4],但是对负温状态的稳定性并未作详细讨论,只是指出了可能存在负温状态的系统所应满足的必要条件:(1)为了可以用温度来描述,系统必须处于平衡态;(2)系统的能量必须具有上限;(3)系统必须与所有不满足上述条件的系统隔绝,即系统本身达到平衡的弛豫时间远小于系统与任何正温系统达到平衡弛豫时间.本文将根…     

温度的相对论变换

同长度一样,热力学系统的内能增量和绝对温度也是洛仑兹收缩的．本文用相对论与热力学的方法导出了这些变换关系．     

关于焦耳定律与玻意耳定律是否相互独立的一点说明

文献[1]中关于焦耳效应与焦汤效应关系的分析是从“实际气体对玻意耳定律和焦耳定律的偏离并不独立”这个命题出发的.这个命题是否成立,关键在于是否存在遵守玻意耳定律但不遵守焦耳定律的实际气体. 从形式上看,遵守玻意耳定律的气体的物态方程能一般地写成其中f(T)是绝对温度T的任意函数.然而,实际上函数f的形式并非任意.E.A.Guggen-heim曾根据实际气体在低压极限下 保持有限的经验事实提出了实际气体的第一维里系数只能是T的线性函数的假设,并以此作为绝对温度测量理论的依据[2].在统计物理学中,如果假定气体分子具有有限的作用力程,也…     

温度的相对论变换

同长度一样,热力学系统的内能增量和绝对温度也是洛仑兹收缩的,本文用相对论与势 方法导出了这些变换关系。     

西南师范学院1984年招收攻读硕士学位研究生理论物理专业《统计物理》试题

1.试证以下热力学函数间的关系:(20分)式中M-磁矩,H-磁场强度,T-绝对温度,CM和CB分别是定M和定H的比热. b.对于p、V、T体系恒有: c、对于p、V、T体系,当V只是的函数时,则u只是T的函数.a、b二式中, p是压强; V是体积;T是温度;u是内能。 2.按下式定义函数Y(N,v,T):(20分)式中Q(N,V,T)为正则系综的配分函数。现在如果要保证函数Y(N,V,T)能正好表示以某个热力学势为特征势的配分函数时,则　应代表什么物理量;当进一步用配分函数Y(N,v,T)决定(N,v,T)体系的体积V,熵S和吉函G. 3.请分别用分子动力论和系综理论推导理想气体绝热方程…     

负绝对温度的热力学及其重要性质

一、引言通常我们认为物体的温度是对物体冷热程度的描述,在热力学里,一个热力学系统的绝对温度T可以用系统内能U或系统焓I对系统熵S的导数来规定:     

热力学中的特征函数

在热力学中人们引入了特征函数,即在适当选择独立变量的条件下,只用一个热力学函数就可以确定系统全部的热力学性质.这个函数叫特征函数,相应的独立交量叫特征变量. 为什么只有选则的独立变量是特征变量时,热力学函数才具有特征函数的性质呢?对这个问题我们主要以内能为例来进行分析. 不妨首先考虑最简单的情形:粒子数不变、单相、与外界只有一种功(体积膨胀功)交住. 由定义 且 只要知道U、S、T、P、V之间的关系,那么已知U为S、T、P、V任两个变量的函数.则其它函数H、F、Φ可求出. 一　选独立变量S、V. 已知:U—U(尸、叮 __.、_./ dU…     

与介质有热的和机械的相互作用系统中的H定理

对于孤立系,从玻耳兹曼的积分微分方程出发,已经证明了H定理[1,2].H定理指出,处于非平衡态的气体随时间流逝,必将趋于平衡态.这与热力学第二定律即孤立系的熵不会减少,本质上是一致的.但H函数较之热力学熵更具普遍性,因熵只定义于平衡态.进一步的研究表明,玻氏方程并不是“纯”力学处理的结果.事实上,在导出此方程时引进了与力学规律的时间可逆性相矛盾的分子混沌性假设,正是这个假设使玻氏方程给出H定理的结果. 对于非孤立系,热力学第二定律可用克劳修斯不等式表示:dS≥Q/T,其中dS是熵增量;dQ是任一过程中系统从温度为T的热源吸收的热…     

外电场对ZrH2(ZrD2,ZrT2)固溶体热力学函数的影响

采用Gaussian03程序及密度泛函(B3P86)方法,对Zr原子利用外部基函数8s7p3d,对H2(D2,T2)利用6-311g**全电子基函数,优化了在外电场作用下ZrH2分子微观结构,研究了锆与氢同位素气体反应的热力学函数及氢同位素平衡压力随温度和外电场的变化关系.研究表明:随着正向电场的增加,分子微观结构及其气体平衡压力发生明显变化.在293.16K,外电场从-0.004 a.u.到0.004 a.u.变化时,氢平衡压力相差六个数量级.说明外电场对金属氢化物的热力学函数具有一定的影响.     

气体的内能、焦耳-汤姆逊系数与理想气体

本文拟就满足焦耳定律的气体与焦耳-汤姆逊系数μ=0的气体的性质以及理想气体的定义作一些讨论.一、焦耳定律与物态方程 焦耳通过实验研究了气体的内能,得到了气体的内能U仅是温度的函数而与体积无关的结论,即 U=U(T)(l)这就是焦耳定律.式中T是用理想气体绝对温标量度的温度.精确的实验表明,一切实陈的气体,并不严格遵守焦耳定律,只有非常稀薄的气体才较好地服从式(1).假设绝对热力学温标量度的温度θ与T相等,即 T=　(2)则由热力学第一定律和第二定律得到的能方程[1]可以证明。凡满足理想气体物态方程 PV=RT(4)的气体,一定满足焦耳定律…     

热量热能内能的比较

内能和热量是热力学中两个既有联系又易混淆的重要概念,在中学物理中还提到热能的概念,这三个概念到底有什么本质区别和联系,下面就内能和热量,内能和热能两方面加以比较．1内能和热量的比较内能是物质系统的内部状态所决定的能量,以U表示,内能是状态函数,由系统平衡态的状态参量单值的确定．从微观上说,内能包括系统内分子热运动的各种动能,如平动     

热力学第一定律中的内能

大多数导论性的物理教科书在热力学系统的内能的定义中通常声明或暗示：系统的质心动能不是内能的一部分，这与它们对热力学第一定律的表述△Ｕ＝Ｑ－Ｗ不一致，如果不将系统的质心动能作为内能Ｕ的一部分，热力学第一定律应表述为△Ｕ＋△Ｋ质心＝Ｑ—Ｗ，文中给出了一些例子，这一点在许多广泛使用的教科书中都需加澄清．     

TiH(D、T)分子性质的量子力学计算

运用量子力学从头计算中的B3LYP密度泛函方法,计算了TiH(D、T)分子的结构,力学,光谱学性质和部分热力学函数,基于Debye晶格振动比热模型和Fermi-Dirac自由电子统计理论,计算了固体Ti的振动内能EV,振动和电子熵SEV,从而最终探讨了Ti吸收氢同位素气体生成一氢化物的ΔH、ΔS、ΔG以及氢同位素的平衡离解压P.结果表明:这些计算方法是可行的;在Ti吸收氢同位素生成一氢化物的反应中,ΔH、ΔS均为负值,且随温度升高,绝对值越大,ΔG则向正的方向增加;Ti的α-β转变对反应的热力学函数变化影响不大;室温直至723K,Ti的一氢同位素化物是相当稳定的;相同温度和压力下,氢置换一氢化物中的氘和氚,以及氘置换氚的反应,在热力学上有利.     

反常磁矩对弱磁场弱相互作用费米气体热力学性质的影响

考虑费米子的反常磁矩, 运用赝势法和热力学理论, 导出弱磁场中弱相互作用费米气体自由能的解析式, 以此为基础给出高温和低温情况下系统热力学性质, 分析反常磁矩对热力学性质的影响机理. 研究表明: 反常磁矩对热力学性质的影响与温度相关, 而且这种影响随温度的上升在低温区是增大的, 在高温区是减小的; 对于系统的化学势、内能, 反常磁矩加强了磁场的影响, 弱化了相互作用的影响; 对于系统的热容量, 反常磁矩在低温区使其减小, 在高温区使其增加.     

介绍用狄利克雷积分计算相体积的方法

在经典统计的系综理论中,与孤立系统(粒子数为N,体积为V,能量在E到E △E之间,并且△E/E<相似文献