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设有6个可辨粒子分配于三个能级若不考虑能级简并度可能的微观状

发布时间:2019-07-31 11:18 来源:未知 编辑:admin

  温度的统计是有科学依据的,温度在国计量协会以一种开尔文温度为准。这里面要提到有关物理化学的知识。 开尔文温度有负温度的定义如下: 在日常生活中,一经提起零下的温度,人们就会想起在凛冽寒风中的冰雪世界.这是由于通用的摄氏温度的零点和水的冰点温和.自从开尔文把温度的概念从温度计的限制终结放出来,将绝对温度建立在纯热力学基础上以来,就只考虑T0,况且,第三定律又表明T=0尚达不到,更无论T0了.于是乎,负温度已经杳如黄鹊,了无踪影. 然而,要求温度必须取正值的理由何在呢?我们不妨来看一下简单的二能级系统.存在有ε1和ε 2两个能级(设 ε 1ε2),在这两个能级上的粒子数分别为N1与N2,见图8.18 在热平衡态,两个能级上分布的粒子数应满足玻尔滋曼分布律 随了温度的上升,N2逐渐加大,系统的内能和熵均随之增加.直到T=+∞,N1=N2,系统上达到极大之。从T=0到T=+ ∞区域内,如果继续奖粒子抽到高能级上,将会出现什么情况呢?,此时N2N1,实现了粒子数的反转。如果S=klogeW仍然有效,那么将出现随T的上升内能继续增加。 值得注意,这样定义的负温度区不处于T=0以下,而处于T=+无穷之上,即比无限高温度更高.整个S-U曲线呈钟形,曲线的斜率即为温度的倒,T从+无穷跳跃到-无穷,一直到所有粒子均处于高能级上,U达到极大值,S=0,T=-0.在负温度区出现粒子数的反转,也就是说背离了平衡态的麦克斯韦-玻耳兹曼分布.严格说来,系统已处于非平衡态.但实际物体中可能存在能级无上限的反常系统,例如由离散能级所构成的一个子系统(例如核自旋),它和晶格振动系统的偶尔较弱,具有一定的独立性,在某种偏离平衡的状态,有可能观测到类似于负温度的迹象.普塞尔(E.M.Purcell)与庞德(R.V.POUND)利用核磁共振技术观测LiF中7LI核与19Fe核的磁化就是一例.他们先加磁场使核自旋场强方向顺向排列之后,突然倒转磁场方向,在瞬间观测到对应于核子数反转的负温度的现,直到自旋-晶格互作用导致热平衡态重新建立为止. 我们的宇宙隔离体系拥有负的热容,即相对于外宇宙来说是负温度的。参考资料:《熵的世界》科学,2006

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