Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 120
Текст из файла (страница 120)
При этом Лоренц полагал, что поля существуют внутри вещества в пустых промежутках, разделяющих наэлектризованные частицы и даже внутри этих частиц. Развивая далее свою концепцию, голландский ученый впервые в истории физики вносит статистические представления и в электронную теорию.
По мнению Лоренца, электромагнитное поле внутри веще- Лоренц Гендрик Антон (1853 †19) Голландский физик. Родился в йрнеме (Голлвндия). Образование получил в Лейденском университете, который окончил в 1875 г. С 1878 по 1928 г. бессменный профессор теоретической физики этого университета. С 1923 г. директор исследовательского института в Гарлеме (близ Лейдеиэ).
Лауреат Но- белевской премии по физике 1902 г. В истории термодинамики и ствтнстической физики Лоренц остался кзк автор важных работ по теории излучения, кинетической теории электронного газа, э также ряда методологичсских исследований по второму началу термодинамики и смежным вопросам.
437 ства, существование которого следовало из теории Макевелла и которое изменяется, вообще говоря, достаточно медленно, следует рассматривать как некоторый усредненный эффект в макроскопическом масштабе: поле Максвелла представляет собой среднее значение «истинных полей», существующих между наэлектризованными частицами или в самих частицах и очень быстро изменяющихся в масштабе атомов. То же относится к зарядам и токам, которые следует рассматривать как некоторый усредненный эффект, вызванный дискретной структурой электричества. Подобный подход позволил Лоренцу ввести в свою теорию микроскопические величины, поведение которых должно описываться уравнениями, аналогичными уравнениям Максвелла.
Мы видим, таким образом, что глубокие исследования Больцмана и Гиббса в области статистической механики показали ее огромные возможности в выяснении внутреннего механизма физических явлений, в обосновании феноменологических закономерностей. Несмотря на острую идеологическую борьбу между приверженцами и противниками атомистики, последняя из области учения о теплоте постепенно проникает в теорию электричества и магнетизма, захватывая там одну позицию за другой.
Расширение области применения статистической механики превращало ее н общую физическую теорию. Применение статистики Максвелла — Больцмана к проблемам магнетизма. Работа Ланжевена Выше были рассмотрены некоторые особенности электронной теории применительно к учению об электропроводности. Что касается магнетизма, то, как указывалось, к концу Х1Х в.
были разработаны феноменологические теории намагничения, основанные на принципах термодинамики. Естественно, что основной недостаток термодинамического метода — невозможность выяснения механизма процесса и количественной теоретической оценки констант— оставался в силе и в этом случае. Замечательному французскому физику П. Ланжевену принадлежит первая попытка применения классической статистики Максвелла — Больцмана к проблемам магнетизма ". В 1905 г.
он опубликовал свою известную теорию парамагнетизма, которую затем через несколько лет (в !911 г.) доложил Сольвеевскому конгрессу в докладе «Кинетическая теория магнетизма и магнетоны», Следствием этой теории явилось объяснение закона Кюри и выяснение физического смысла входящей в него константы, Ланжевен подчеркивал, что термодинамическими методами нельзя решить проблему магнетизма, что только кинетическая теория позволяет проникнуть в механизм явления.
В своем обзоре «Физика электронов», отмечая успехи электронной теории в объяснении явлений электричества, излучения и 438 " Лоренц Г. А. Теория зиектронов. М., 1934. 'и Сын Л а н же вен П. Избранные произведения. М., !948. радиоактивности, Ланжевен подчеркнул также, что именно благодаря электронной гипотезе можно «найти для пара и диамагнетизма совершенно ясные интерпретации, которые требуются согласно законам, установленным экспериментальным путем П. Кюри Парамагнетизм, т.
е. ослабленная форма ферромагнетиэма, изменяется обратно пропорционально абсолютной температуре, в то время как диамагнетиэм,. показал себя почти независимым от темперахуры. Теория, которую я предлагаю, позволяет полностью отдать отчет в этих двух фактахь. Рассмотрим идеи Ланжевеиа в том виде, как они были доложены Сольвеевскому конгрессу. В обоснование своей теории он говорил: «Согласно теории, каясдая молекула вследствие особых токов обладает магнитным моментом и. Если бы все частицы одной грамм-молекулы, число которых равно постоянной Авогадро М, были ориентированы параллельно друг другу, то магнитный момент для грамм-молекула выразился бы величиной Ть=)ьМ соответствующей абсолютному насыщению.
Этой параллельной ориентации оказывает сопротивление беспорядочное тепловое движение...э х(ри наличии внешнего поля Н преобладает ориентация, для которой магнитная ось молекулы параллельна этому внешнему полю. Однако естественно, что подобное преобладание тем не менее заметно, чем более интенсивно беспорядочное движение. Если допустить, что к этому случаю можно применить общие выводы статистической механики, тогда можно вычислить результирующий магнитный момент 1 для одной грамм-молекулы.
Число молекул оМ, магнитные оси которых имеют направления Ланжевен Поль (1872 †19) Французский физик. Родился в Париже. Образование получил в Париже (Нормальная школа), затем а Кембридже. С 1909 г. профессор Коллеж де Франс. Член Парижской Академии наук. В истории термодинамики и статистической физики остался как автор термодинамической и статистической теорий пара- и диамагиехиз мв, сыгравших в дальнейшем большую роль в развитии общей теории магнетизма.
439 заключенные в телесном угле Йо и соответствующие углу а, согласно закону распределения Больцмана, равно Е н сос е дМ = Се бсо. Поскольку йо=2лз(паба, то сс ! М 2лС) еасссагйпаба=2лС ) есх!(х, о — ! где а-1сН((И:). Так как участие молекулы направления а в результирующем магнитном моменте 1 равно )!сова, то этот результирующий момент равен л +1 1=2лС)с') есссс" созаз(паба= 2лС1! ) хессбх. (ХЧ1.2) о — 1 Поделив уравнение (ХИ.2) на уравнение (ХЧ1,1) и принимая во внимание выражение для 1„ Ланжевен получает +! хессдх 1 =с1Ьа — — =1,(а). ! 1с +! а Ессдх — ! Функцию Е (а) П. Дебай назвал ф у н к ц и е й Л а н ж е в е н а.
Так как в большинстве случаев, говорит Ланжевен, ас(; 1, то, раскладывая 1. (а) в ряд и ограничиваясь первым членом разложе- ния, равным а)3, получаем результирующий магнитный момент 1 1= ДН~(3РТ) =Сн~т, откуда для магнитной восприимчивости у=С(7', что представляет собой закон Кюри для парамагнетиков. Теория Ланжевена была приближенной, поскольку она исходила из допущения об отсутствии взаимодействия между атомами. Тем не менее в истории физики она сыграла большую роль, как первая статистическая теория парамагнетизма.
Развитие квантовой теории по- казало, что теория Ланжевена является предельным случаем более общей теории, основанной на квантовой -теории микропроцессов. В частности, с точки зрения этих представлений возможные ориен- тации элементарного магнетика не образуют континуума, как пред- полагал Ланжевен, а ограничиваются лишь дискретными значениями (так называемое пространственное квантование). Теория парамагнетизма на основе квантовой теории была развита в 1930 г. В.
Паули. П. Вейсс распространил в 1907 г. классическую статистику Больцмана на ферромагнетизм, создав гипотезу внутреннего магнитно- го поля, и показал, что в этом случае закон Кюри будет иметь вид 440 11=С'Дт — 8), где 8-'ИТе~(8Р) — точка Кюри. Теория, аналогичная теории Ланжевена, была развита в 1912 г. Дебаем применительно к поляризации молекул с постоянным диполь- ным моментом тп. Проведя вычисления, подобные изложенным выше, Дебай получил формулу для среднего значения дипольного момента: !хе и= — Е жт н выражение для вектора поляризации: з ( ' зйт)' Температурная зависимость, найденная Дебаем, была подтверждена многочисленными экспериментами.
В. своей итоговой монографии «Полярные молекулы»" (1929) Дебай сам отмечал, что развитая им статистическая теория поляризации аналогична теории Ланжевена: «Мы вычислили среднее значение электрического момента совершенно так же, как это сделал Ланжевен, который первый нашел среднее значение магнитного момента для газовых молекул, обладающих постоянным магнитным моментомэ, Работы Ланжевена и Вейсса в области теории магнетизма, несмотря на их недостатки, позволили сделать ряд важных выводов, в частности предсказать числовые значения атомных магнитных моментов. Появление в 1913 г. атомной модели Резерфорда — Бора подвело фундамент под идеи французских физиков. Успешные эксперименты С.
Барнетта (1915) и особенно А. Эйнштейна и В. де Гааза (19!5) убедительно показали, что магнитный момент атома создается его электронами. Все вышерассмотренные работы сыграли большую роль в развитии теории электричества и магнетизма и явились отправными пунктами дальнейших исследований. Они наглядно показали плодотворность применения общих принципов термодинамики и статистической механики к различным физическим явлениям. $46.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
