Элементарная термодинамика Д. Тер Хаар Г. Вергеланд (1013813), страница 31
Текст из файла (страница 31)
пренебрегаем слабым взаимолействием между спинозой подсистемой и решеткой кристалла. В чем же состоит неопределенность меланического состояния, которая позволяет применить термодинамическое описание) Очевидно, если бы и, заданных спиноз были параллельны направлению поля, то ситуация была бы вполне определенной и, следовательно, энтропия была бы равна нулю, Олнако такая первоначальная ситуация не будет сохраняться неизменной. Поэтому мы предположим, что спин-спиновое взаимодействие, хотя его вклад в полную энергию пренебрежимо мал, тем не менее приводит систему в состояние стзтистического равновесия, в котором и, параллельных и из антипараллельных спиноз распределены по случайному закону в узлах решетки всеми возможными 2!3 Г ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ таких расположений.
Считая, что время, необходимое для достижения этого статистического равновесия в спинозой системе (время слин-спинозой релаксации), весьма мало по сравнению с временем спин-решеточной релаксации, мы можем сказать, что система может находиться в состоянии термодинамического равновесия, в котором она обладает энтропией (согласно принципу Больцмана) 5 = й)пС,",' (7 = Е (ли ла). (Г.6) и энергией (Г.7) Сразу видно, что поведение этой системы должно соответствовать кривой 2 на фиг. 26. В частности, для двух предельных случаев, когда все спины параллельны (л, =л) н антнпараллельны (па=я) полю, имеем соответственно (/=Еин„, 5=0 (/ = Е„„, 5 = О.
Мы можем теперь вычислить температуру 7=д(71д5. Воспользовавшись приближением Стирлинга для факто- риалов и формулами (Г.4), (Г.б) и (Г.7), получим д5 Л н, ! !и — '= —. ди=а,— е, л,=т (Г.8) Определенная таким образом температура поло>кительна или отрицательна в зависимости от того, какая нз величин больше, л, или пз Поскольку Паунд и Парселл получили равновесное состояние при л, ) ио они осушествили в этом смысле состояние с отрицательной теипсратурой. В первом эксперименте Паунда и Парселла спины были первоначально ориентированы в сильном магнитном поле. способами.
Заданной энергии Е(но оз) мо~кет соответствовать % =С'„'= (Г.5) пг!!Ложеыня 214 Затем при помощи остроумных методов взаимная ориентация магнитного момента и магнитного поля была изменена на обратную; при этом большинство спиноз приобрело ориентацию против поля. Время спин-спинозой релаксации в кристалле 11Р, согласно оценке, имеет порядок 1 О з сек, 2 а время спин-решеточной релаксации — больше 10 сея.
Следовательно, условие для равновесия в подсистеме заведомо выполнялось. Перепишем (Г.8) в виде = е !и ей'аг, л, (Г.9) Это частный случая распределения Больцзгаиа. При положительных температурах населенность л, уровня с более высокой энергиеи меньше: и, ( и,. При отрицательных Т, напротив, из ) ан т. е.
населенность выше рзсположенного уровня больше, иными словами, имеет место инвер- сиЯ населенностей П!1пз. Инверсия отношения населенности атомных энергетических уровней является типичной в таких усилительных устройствах, как жазерм. Иногда, говоря об инверснои населенности уровней, употребляют понятие отрицательной те.иперавгуры, однако это скорее вопрос терминологии, поскольку инверсия отношения населенностей еще не есть состояние с отрицательной температуроя. Чтобы послелнее имело место, инверсия отношения населенностей должна сохраняться как состояние равновесия в (приблизительно) изолированной системе. Только в этом случае распрелеление Больциана (Г.9) с отрицательной температурои в качестве параметра имеет смысл. ЛИТЕРАТУРА 1.
С а г п о ! Б., йейех!опв виг !а Р»1ыапсе Мо!г!се ди Реп, Раг!з !824. 2. С)ар е у гоп Е., )оигп. де ГЕсо)е г(е Ро(у!есйп!цие (1834). 3, Т Ь о гп в о п ЧУ., Тгапв. йоу. 5ос. ЕйпЬ»гйй (! 851). 4. мауег д й., ыеыцв Аппа!еп пег сьеаге ипею Рьагаас!е (1842). 5. дои!е 3. Р., РЫ1оворЫса) Майаг!пе (!843).
6. С!а из! ив й., Аппа1еп дег Рйузгй ипд СЬеа!е (1865). 7. С!а и з! ив й., Месйапасне 1Чагаегнеог!е, Вд. 1, Вгаипзсйгке!д, 1887. 8. йе(!еснопз оп гйе Мо!!че Ротчег о! Р!ге, еб. Е. Мепбога, Хеяг УогЫ 1961. 9. Ч о п Ь а и е М., ОевсысЫе бег Рьуз!к, Оо!г!пйеп, 1950. (Имеется перевод: М. Л а у в, История физики, М., 1976.) 1О. Ча п 6 е г Чав ! з Т.
О., ТЬевйи 1873. 11. Ландау Л. Л., Лифшнн Е. М., Статистическая физика, М. — Л., !951. 12. В о г п М., РЬув, Ев., 22, 218, 249, 282 (1921), 13. 1п!егпанопа) СгШса! ТаЫев. 14, О ! Ь Ь в Л уг., Тгапвас!!опз о1 гпе Соппес!!си! Асафьеву (1875, 1877). 15.
Е и ге п1е в! Р., Хагиггк!ввепвсЬ., 11, 543 (1923). 16. К г а а е ге Н. А., Ргос. Хег)ег!. Айяд. Чуегепзс)г., 41, !б (1938), 17, К г а а е ге Н. А., Сойес!еб бс!епнйс Рарегв, Аавгегдаа, 1956. 18. Ь е тч ! в О. Х., й а п 6 а !1 М., ТЬегаобупаа!св, 2пд ед., Хетт УогМ 1961. 19. Моте у О. 1Ч., А Соааеп!агу оп Ше Яс!еп!!!!с 1Чг!!!пив о1 Д ЧУ. СнЬЬв, чо1. 1, Хеги Начеп, 1936. 20.
Р г ! до 8! ив !., Мо!еси!аг ТЬеогу о1 Бо)инопв, АааеШаа, 1957. 21. 1Э е Ь у е Р., Н и с де ! Е., РЬув. 7,в., 24, 185 (!923), 22, Рг !ей гп а п Н. !., 1оп!с Яо!иг!оп ТЬеогу, Хе» уог1г, 1962. 23. Роги! ег й. Н., О инде п Ь е! а Е. А., 3!аг!зг!са! Т!гегаодупаа!сз, СааЬгШйе, 1939. (Имеется перевод: Р. Ф а у ае р, сд Г у г г е н г е й и, Статистическая термодинамика, ИЛ, 1949.) 24. Ч а п В ее К Ч! в ве г Е., Зоигп. СЬеа. Р1гув., 29, 1358 (1958).
25. Х е г п в ! %., Вегйп Вег., 933 (!906). 26. Сан ! а гг Н. В. О., Ев, РЬув., 173, 246 (1963). 27. Тег Н а аг О., Е(еаепгз о1 ТЬегаов!а!!янез, Хе»г уог(г, 1966. 28. С ! и з ! и з О., Апп. 6. РЬув., 33, 647 (1938). 216 литвилтхва 29. 1. ли д о ! 1-В 6 гааге ! п, Еа!г(епвгегге ипд Рнп(гйопеп, Вд. И 4, 6 АиП., ВегИп, 1961.
30. ЫаИопа( Внгеаи о! 3!апдагдв, Бе)ес!ед Ча!нев о1 СЬеш!са! ТЛегшодупаш!са! Оа!а, С!ген!аг 500, )Чавп!ай!оп, 1951, 31. () Ь!е п Ь ес К С. Е., 'г! е ш ш ег р. С., 5!аиш!са! МесЬап!св о( Ес!иИИЬг!нш апд Хоп-Ес(нй!Ьг!игп, Ашв!егдагп, 1965. 32. йотт))пвоп Л 5., Ь!цп(дв апд 1.!цнЫ М!хгигев, Ьопдоп, ! 959. 33. й а ш в е у Х. Р., РЬув. йев., 103, 20 (1956). 34. Рнгсе11 М., Роя пд й, Ч., Раув. йеч., 81, 279 (1951).
35 л. Второе начало термодинамики. Сборник работ Карно, Клаузиуса. Томсона, Больцыаиа, Смолуховского, М. — Л., 1934. 36 ". Х у а н г К., Статистическая механика, нзд-во .Мир", 1966. 37". Негаиов В., Борисов !1., Либург Ы., ЖЭТФ. 50, 1445 (1966). 38'. Воронель А. В., Чашкнн К). Р., ЖЭТФ,51,394(!966) ОГЛАВЛЕНИЕ От редакции Предисловие Введение 5 6 9 13 15 23 27 Глава 1. ппявый закон тпвмодиндмики $1. Термодинамическое состояние 6 2. Примеры 6 3.
Внутренняя знергия . 6 4. Обратимые процессы Глава 2. втопой закон тппмодиндмики 6 1. Формулировки второго закона 6 2. Иикл Карно . б 3. Энтропия ф 4. Примеры б 5. Энтропия и вероятность . в б. Функции состояния 6 7. Примеры и приложения . 6 8. Макроскопическое движение Глава 3. згсловия ндвновпсия 6 1. Отклонения от равновесия 6 2. Изолированные системы . ф 3.
Открытые системы 6 4. Принцип виртуальных перемещений, 6 5. Локальные условия равновесия ф б. Устойчивость термодинамического равновесия 35 37 44 48 52 55 59 бб 67 68 70 73 74 76 ОГЛАВЛГНИЕ 218 Глава 79 81 Глава 85 89 90 156 159 162 163 168 172 176 4. теРмОДинАмичесиие пОтенЦиАлы ф !. Максимальная работа б 2. Уравнения Гиббса — Гельмгольца 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ 6 1.
Применение детерминангов Якоби . 6 2. Преобразования Лежандра 6 3. Примеры Глава 6. системы с пеРеменчОИ мАссОН 6 1. Химический потенциал . 6 2. Примеры 3. Смеси . 4. Соотношение Гиббса — Цюгсма . 6 5. Парцпальные молекулярные величины б 6. Гетерогенные многокомпонентные системы 7. Идеальные смеси . 6 8 Общие условия равновесия. Устойчивость ф 9. Неидеальные растворы . 6 10. Разбавленные растворы 6 11.
Примеры 6 12. Электролиты . Глава 7. химичеснОе РАВнОВесие 6 1. Коордиаата реакции . ф 2. Закон действующих масс ф 3. Принцан Ле-Шателье . 6 4. Химическое сродство ГлаВа 8, тРетий ВАИОн теРмОдинлмини 6 1. Тепловая теорема Нернста 6 2. Недостижимость абсолютного нуля ф 3. Постояннав давления пара . . .. 99 103 112 114 115 118 124 132 135 137 137 145 Д, Тер Хаар и Г. Вергелаид ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Рсха~стор Н.
Г. Нахимсон Об.томка хуложника М. 3. Шдосбсрго Худо;кественный редактор Н. Ф. Нгкундз Технический редактор Л. Н. Кондюлсеа Корре«тор Г. А. Разорсисао Сдано в производства 161Х1 И67 г. Подписано к печати 13!И 1968 г. Бумага тип. М 2,84Х108Р»73,44 бум. л.
П,55 уел. печ. л, Уч.-нзд. а. 9,42. Изл. Уй 273388. Цена 65 коп. Зак. 961 !Темплан 1968 г. нзй-ва «Мнр», пор. 16 75) ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» Москва, !.й Рижский пер., 2 Ленинградская типография Уй 2 имени Евгении Соколовой Главпалиграфпрома Комитета по печати при Совете Министоов СССР Измайловский проспект, 29, .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
